Влияние напряжения на работу синхронных двигателей

ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАНИЯ НА РАБОТУ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Руководитель: к.т.н., доц. Закладной А.Н. ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАНИЯ НА РАБОТУ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Авторы:асп. Оборонов Т. Ю., к.т.н. Закладной О.А., ст. Ильчук О.С. Кафедра автоматизации управления электротехническими комплексами Институт энергосбережения и энергоменеджмента

Цель работы Определить факторы влияния на работу двигателей Выделить факторы зависящие от качества напряжения питания Моделирование работы двигателя Визуализация результатов Целью работы является определение факторов влияния на работу синхронных двигателей Постановка задачи

Факторы влияния на энергоэффективность и техническое состояние СД

Математическая модель синхронного двигателя при несинусоидальном напряжении питания Несинусоидальность напряжения

Модель синхронного двигателя при несинусоидальном напряжении питания в среде matlab Несинусоидальность напряжения

Временные диаграммы пускового тока и скорости Несинусоидальность напряжения а б

Изменение сопротивления xd и тока возбужнения при отклонении напряжения Отклонение напряжения С уменьшением значения снижается и сопротивление , что вызывает непропорциональное снижение тока возбуждения Для синхронных электродвигателей увеличение напряжения на 10% приводит к зависимости составляющей индуктивного сопротивления двигателя по продольной оси полюсов от загрузки двигателей KP

Относительное значение тока при различной продолжительности включения Несимметрия напряжений Ток основной частоты представляет собой ток обратной последовательности и определяется равенством Относительное значение тока снижается при увеличении продолжительности включения. Зависимость тока обратной последовательности при различной продолжительности включения

Изменение реактивной мощности и тока статора при отклонении частоты Ток намагничивания СД при отклонении частоты изменение реактивной составляющей тока статора с учетом изменения насыщения реактивная мощность в долях номинальной реактивной мощности Отклонение частоты

Зависимость реактивной мощности и тока статора синхронного двигателя при отклонении частоты Отклонение частоты Изменение реактивной мощности и тока статора при отклонении частоты

Рассмотрено влияние показателей качества электроэнергии на работу синхронных двигателей. Наличие высших гармоник напряжения приводит к возникновению колебания скорости в установившемся режиме, а значит к ухудшению энергоэффективности работы электропривода. Установлено, что относительное значение тока обратной последовательности снижается при увеличении продолжительности включения. При понижении частоты на 5% реактивная мощность, отдаваемая двигателем в сеть, уменьшается на 30%. Выводы

ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАНИЯ НА РАБОТУ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Аспирант: Оборонов Т.Ю. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

Источник

Влияние качества электроэнергии на работу электродвигателей
Фото сгоревших обмоток электродвигателей

Типы электродвигателей

Электродвигатели применяются в приводах различных производственных механизмов. В установках, не требующих регулирования частоты вращения в процессе работы, применяются электроприводы переменного тока: асинхронные и синхронные электродвигатели.

Установлена наиболее экономичная область применения асинхронных и синхронных электродвигателей в зависимости от напряжения. При напряжении до 1 кВ и мощности до 100 кВт экономичнее применять асинхронные двигатели, а свыше 100 кВт — синхронные, при напряжении до 6 кВ и мощности до 300 кВт — асинхронные двигатели, а выше 300 кВт — синхронные, при напряжении 10 кВ и мощности до 400 кВт — асинхронные двигатели, выше 400 кВт – синхронные.

Читайте также:  Отсоединить аккумулятор будет работать двигатель или нет

Большое распространение асинхронных двигателей обусловлено их простотой в исполнении и эксплуатации и относительно небольшой стоимостью.

Синхронные двигатели имеют ряд преимуществ по сравнению с асинхронными двигателями: обычно используются в качестве источников реактивной мощности, их вращающий момент меньше зависит от напряжения на зажимах, во многих случаях они имеют более высокий КПД. В то же время синхронные двигатели являются более дорогими и сложными в изготовлении и эксплуатации.

Влияние отклонений напряжения на работу электродвигателей

Отклонения напряжения оказывают значительное влияние на работу асинхронных двигателей (АД), являющихся наиболее распространенными приемниками электроэнергии в промышленности.

Рис.1. Механическая характеристика двигателя при номинальном (М1) и пониженном (М2) напряжениях.

При изменении напряжения изменяется механическая характеристика АД – зависимость его вращающего момента М от скольжения s или частоты вращения (рис.1). С достаточной точностью можно считать, что вращающий момент двигателя пропорционален квадрату напряжения на его выводах. При снижении напряжения уменьшается вращающий момент и частота вращения ротора двигателя, так как увеличивается его скольжение. Снижение частоты вращения зависит также от закона изменения момента сопротивления Mc (на рис 1 Mc принят постоянным) и от загрузки двигателя. Зависимость частоты вращения ротора двигателя от напряжения можно выразить:

где – синхронная частота вращения;
– коэффициент загрузки двигателя;
,– номинальные значения напряжения и скольжения соответственно.

Из формулы (1) видно, что при малых загрузках двигателя частота вращения ротора будет больше номинальной частоты вращения (при номинальной загрузке двигателя). В таких случаях понижения напряжения не приводят к уменьшению производительности технологического оборудования, так как снижения частоты вращения двигателей ниже номинальной не происходит.

Для двигателей, работающих с полной нагрузкой, понижение напряжения приводит к уменьшению частоты вращения. Если производительность механизмов зависит от частоты вращения двигателя, то на выводах таких двигателей рекомендуется поддерживать напряжение не ниже номинального. При значительном снижении напряжения на выводах двигателей, работающих с полной нагрузкой, момент сопротивления механизма может превысить вращающий момент, что приводит к “опрокидыванию” двигателя, т.е. к его остановке. Во избежание повреждений двигатель необходимо отключить от сети.

Снижение напряжения ухудшает и условия пуска двигателя, так как при этом уменьшается его пусковой момент.

Практический интерес представляет зависимость потребляемой двигателем активной и реактивной мощности от напряжения на его выводах.

В случае снижения напряжения на зажимах двигателя реактивная мощность намагничивания уменьшается (на 2 – 3 % при снижении напряжения на 1 %), при той же потребляемой мощности увеличивается ток двигателя, что вызывает перегрев изоляции.

Если двигатель длительно работает при пониженном напряжении, то из-за ускоренного износа изоляции срок службы двигателя уменьшается. Приближенно срок службы изоляции Т можно определить по формуле:

Читайте также:  Работа двигателя опель омега бензин

(2)

где срок службы изоляции двигателя при номинальном напряжении и номинальной нагрузке;

R – коэффициент, зависящий от значения и знака отклонения напряжения, а также от коэффициента загрузки двигателя и равный:

, при — 0,2 0; (4) .

Поэтому с точки зрения нагрева двигателя более опасны в рассматриваемых пределах отрицательные отклонения напряжения.

Снижение напряжения приводит также к заметному росту реактивной мощности, теряемой в реактивных сопротивлениях рассеяния линий, трансформаторов и АД.

Повышение напряжения на выводах двигателя приводит к увеличению потребляемой ими реактивной мощности. При этом удельное потребление реактивной мощности растет с уменьшением коэффициента загрузки двигателя. В среднем на каждый процент повышения напряжения потребляемая реактивная мощность увеличивается на 3 % и более (в основном за счет увеличения тока холостого хода двигателя), что в свою очередь приводит к увеличению потерь активной мощности в элементах электрической сети.

Влияние колебаний напряжения на работу электродвигателей

При значительных колебаниях напряжения (более 15%) могут быть нарушены условия нормальной работы электродвигателей, возможно отпадание контактов магнитных пускателей с соответствующим отключением работающих двигателей.

Влияние несимметрии напряжений на работу электродвигателей

Качественно отличается действие несимметричного режима по сравнению с симметричным для таких распространенных трехфазных ЭП, как асинхронные двигатели. Особое значение для них имеет напряжение обратной последовательности. Сопротивление обратной последовательности электродвигателей примерно равно сопротивлению заторможенного двигателя и, следовательно, в 5 – 8 раз меньше сопротивления прямой последовательности. Поэтому даже небольшая несимметрия напряжений вызывает значительные токи обратной последовательности. Токи обратной последовательности накладываются на токи прямой последовательности и вызывают дополнительный нагрев статора и ротора (особенно массивных частей ротора), что приводит к ускоренному старению изоляции и уменьшению располагаемой мощности двигателя (уменьшению к.п.д. двигателя). Так, срок службы полностью загруженного асинхронного двигателя, работающего при несимметрии напряжения 4%, сокращается в 2 раза. При несимметрии напряжения 5% располагаемая мощность двигателя уменьшается на 5 – 10% .

Источник

Влияние напряжения на работу синхронных двигателей

§ 121. Влияние тока возбуждения на работу синхронного двигателя

При постоянной величине механической нагрузки на валу двигателя активная мощность, потребляемая двигателем из сети, остается также постоянной (если не учитывать разницы в величине потерь мощности в самом двигателе). Отсюда следует, что при любом cos φ активная составляющая тока I1, потребляемого двигателем из сети, будет постоянной (рис. 286):


Рис. 286. Векторная диаграмма синхронного двигателя при М = const и Iр = var

В создании результирующего магнитного потока синхронного двигателя принимают участие как обмотка статора, так и обмотка ротора. Доля участия той или иной обмотки в создании результирующего магнитного потока зависит от величины тока этих обмоток. Так же как у трансформаторов и асинхронных двигателей, результирующий поток синхронного двигателя при постоянном напряжении (Uc = const) остается практически постоянным. Поэтому при изменении тока возбуждения синхронного двигателя ток статорной обмотки, т. е. ток, потребляемый двигателем из сети, будет также изменяться.

На рис. 287 дана векторная диаграмма магнитных потоков синхронного двигателя. Результирующий магнитный поток Φрез индуктирует в обмотке статора двигателя э.д.с. Eрез, отстающую от потока на 90°.

Читайте также:  Как работают гидрокомпенсаторы 405 двигателя


Рис. 287. Векторная диаграмма магнитных потоков синхронного двигателя

Если сопротивления обмотки статора принять равными нулю, то э.д.с. Ерез будет уравновешена напряжением сети U. Если пренебречь влиянием гистерезиса и вихревых токов, то магнитный поток статора (якоря) Φя будет совпадать по фазе с током якоря I.

Геометрическая сумма магнитных потоков статора Φя и ротора Φв даёт результирующий поток Φрез.

На диаграмме магнитные потоки представлены для трех случаев: ток якоря I1 совпадает по фазе с напряжением U; ток якоря I2 отстает от напряжения U, и ток якоря I3 опережает по фазе напряжение U.

Из рис. 287 видно, что при недовозбуждении двигатель работает как индукционная катушка, потребляя из сети ток I2, отстающий на фазе от напряжения сети Uc на угол φ2. Активная составляющая тока равна I2 cos φ2. С увеличением тока возбуждения статорный ток будет уменьшаться и при φ = 0 величина тока I1 будет наименьшей. Если продолжать увеличивать ток возбуждения, то двигатель начнет работать с опережающим током I3, т. е. будет подобен емкости (конденсатору). Активная составляющая тока I3 cos φ3 будет по-прежнему постоянна, но за счет увеличения реактивной составляющей тока I3 sin φ3 статорный ток будет увеличиваться.

Способность перевозбужденного синхронного двигателя работать с опережающим током часто используют для увеличения коэффициента мощности электрической установки.

Зависимость тока I в обмотке статора синхронного двигателя от тока возбуждения Iв при постоянном вращающем моменте М и постоянном напряжении U на зажимах двигателя, т. е.

выражается при помощи так называемых U-образных кривых, которые даны на рис. 288.


Рис. 288. U-образные характеристики синхронного двигателя

Представленные кривые показывают, что при определенной мощности на валу двигателя минимальная величина статорного тока будет иметь место при определенном токе возбуждения, соответствующем работе с cos φ = 1. Любые изменения тока возбуждения (увеличение или уменьшение) будут сопровождаться увеличением статорного тока.

В некоторых физических приборах, звуковом кино, телемеханических установках и других устройствах, там, где требуется постоянная скорость вращения, нашли себе применение маломощные, (порядка нескольких десятков или сотен ватт) реактивные синхронные двигатели. На статоре этих двигателей располагается обмотка переменного тока, создающая вращающееся магнитное поле. Ротор синхронных реактивных двигателей явнополюсный, имеет короткозамкнутую пусковую обмотку, но не имеет обмотки возбуждения. Различные конструкции роторов синхронных реактивных двигателей показаны на рис. 289.


Рис. 289. Различные конструкции роторов синхронных реактивных двигателей: 1 — сталь, 2 — алюминий

За счет асинхронного момента ротор двигателя разгоняется до 95-97% синхронной скорости.

Магнитные линии вращающегося магнитного поля статора стремятся пройти по пути с меньшим магнитным сопротивлением. Поэтому ротор будет поворачиваться так, чтобы оси полюсов совпадали с направлением магнитных линий поля статора. Следовательно, ротор будет вращаться синхронно с полем статора. Вхождение ротора в синхронизм происходит толчком под влиянием реактивного момента за счет которого в дальнейшем работает двигатель.

Источник

Adblock
detector