Способы пуска синхронных двигателей. Синхронный компенсатор

Рис. 37-1. Схемы цепи возбуждения синхронного двигателя с машинными возбудителями при пуске с разрядным сопротивлением (а) и с наглухо приключенным возбудителем (б) I — якорь двигателя; 2 — обмотка возбуждения двигателя; 3 — якорь возбудителя; 4 — обмотка возбуждения возбудителя; 5 — реостат возбуждения возбудителя; 6 — разрядное сопротивление; 7 и 8 — контакты контактора или автомата гашения поля

B подавляющем большинстве случаев применяется асинхронный пуск синхронных двигателей. Обычно синхронные двигатели имеют на своем валу возбудитель в виде генератора постоянного тока параллельного возбуждения (рис. 37-1). При пуске по схеме рис. 37-1, а контакты 7 разомкнуты, а контакт 8 замкнут. При этом обмотка возбуждения двигателя 2 замкнута через сопротивление 6 и асинхронный пуск происходит в наиболее благоприятных условиях. В конце асинхронного пуска, при s» 0,05, срабатывает частотное реле, обмотка которого (на рис. 37-1, а не показана) подключена к сопротив­лению 6, и включает контактор цепи возбуждения. Контакты 7 контактора при этом замыкаются, а контакт 8 размыкается. В результате в обмотку 2 подается ток возбуждения и двигатель втягивается в синхронизм.

Пуск по схеме рис. 37-1, а отличается определенной сложностью. Поэтому в последнее время все чаще применяется схема рис. 37-1, б с наглухо присоединенным возбудителем. При этом по цепи якоря 3 при пуске протекает переменный ток, который, однако, не причиняет вреда. При п = (0,6¸0,7)п_н возбудитель возбуждается и возбуждает синхронный двигатель, благодаря чему при приближе­нии к синхронной скорости двигатель втягивается в синхронизм.

Пуск по схеме рис. 37-1, б происходит в менее благоприятных условиях. Во-первых, двигатель возбуждается слишком рано и при этом возникает дополнительный тормозящий момент на валу М_к. Во-вторых, в данном случае по сравнению со схемой рис. 37-1, а кривая асинхронного момента имеет менее благоприятный вид. Тем не менее, схема рис. 37-1, б обеспечи­вает надежное втягивание двигателя в синхронизм, если момент нагрузки на валу М_стпри п » п„ не превышает (0,4¸0,5)М_н. Путем совершенствования пусковой обмотки двигателя можно достичь надежного втягивания в синхронизм при М_ст = М_н. Пуск по схеме рис. 37-1, б по своей простоте приближается к пуску короткозамкнутого асинхронного двигателя и поэтому находит в последние годы все более широкое применение.

Обычно производится прямой асинхронный пуск синхронных двигателей путем включения на полное напряжение сети. При тяжелых условиях пуска (большие падения напряжения в сети и опасность перегрева пусковой обмотки или массивного ротора) производится реакторный или автотрансформаторный пуск при пониженном напряжении, как и у короткозамкнутых асинхронных двигателей. Кроме асинхронного пуска, можно привести во вращение синхронный двигатель на холостом ходу с помощью соединенной с ним машины (например, в агрегатах «синхронный двигатель-генератор постоянного тока»). В некоторых случаях возможен частотный пуск, когда двигатель питается от отдельного синхронного генератора и частота последнего плавно поднимается от нуля. При этом синхронный двигатель приходит в синхронное вращение уже при весьма малой, скорости. Обмотки возбуждения генератора и двигателя в этом случае необходимо питать от посторонних источников. Частотный пуск происходит наиболее благоприятно при условии, когда ток возбуждения генератора в начале пуска примерно равен номинальному, а ток возбуждения двигателя равен по характеристике холостого хода току возбуждения при U» U_н и п = п_н.

Синхронные компенсаторы предназначаются для компенсации коэффициента мощности сети и поддержания нормального уровня напряжения сети в районах сосредоточения потребительских нагрузок. Нормальным является перевозбужденный режим работы синхронного компенсатора, когда он отдает в сеть реактивную мощность.

В связи с этим компенсаторы, как и служащие для этих же целей батареи конденсаторов, устанавливаемые на потребительских подстанциях, называют также генераторами реактивной мощности. Однако в периоды спада потребительских нагрузок (например, ночью) нередко возникает необходимость работы синхронных компенсаторов также в недовозбужденном режиме, когда они потребляют из сети индуктивный ток и реактивную мощность, так как в этих случаях напряжение сети стремится возрасти и для поддержания его на нормальном уровне необходимо загрузить сеть индуктивными токами, вызывающими в ней дополнительные падения напряжения. Для этого каждый синхронный компенсатор снабжается автоматическим регулятором возбуждения или напряжения, который регулирует его ток возбуждения так, что напряжение на зажимах компенсатора остается постоянным.

Синхронные компенсаторы лишены приводных двигателей и являются син­хронными двигателями, работающими на холостом ходу. Компенсаторы строятся на мощность до S_Н = 100 MB·А и имеют явнополюсную конструкцию, обычно с 2р= 6 или 8. Мощные компенсаторы имеют водородное охлаждение. Для осуществления асинхронного пуска все синхронные компенсаторы снабжаются пусковыми обмотками в полюсных наконечни­ках или их полюсы делаются массивными. При этом используется способ прямого, а в необходимых случаях — способ реакторного пуска. Иногда мощные компенсаторы пускаются в ход также с помощью пусковых фазных асинхронных двигателей, укрепляемых с ними на одном валу.

4.16 Схема замещения одной фазы асинхр-й приведенной машины.

Основные положения:

n = 0, M′ = M′′ = M = 0

Нужно создать М_П > М_СТ

Однофаз. дв. можно представить в виде 2 3-х фаз.дв. распол-х на одном валу. Один из дв. работает на прямой волне и созд-т М′ при n = 0, М_П′ = М_П′′ , а др. на обратной - M′′

При неподвиж-м роторе эти поля создают одинаковые по знач-ю, но разные по знаку М₁,М₂, п.э. результир-й момент М = 0 и дв. не может прийти во вращ-е. Если ротор привести во вращ-е в ту или иную сторону, то один из М₁ или М₂ будет преобладать.

Отсутствие пускового мом-а – осн. недостаток 1фаз. а.д.

Сравним мех. Хар-ки 3фаз. И 1фаз. Двигателя (см. рис. а).

1. Мех.харк 1АД симметрична, значит ротор может вращаться в любую сторону.

2. Диапазон скольжений при машины работающей в двигательном режиме у однофазного АД меньше, чем у 3-х фазной.

3. Максимальн момент и перегрузочная способность 1-фазного < чем у 3-фазного.

4. При одинаковом моменте нагрузки скольжение у 1-фазного > чем у 3-фазного.

5. Величина максимального момента 3-фаз дв. не зависит от активного сопротивления ротора (r2), у 1-фаз с увеличением r2 величина макс момента уменьшается (б).

Если r2 настолько велика, что Sкр>1, то машина развивает только тормозной момент

r₁, x_б1 – актив-е сопрот-е 1 фазы 3 –х фазн.дв.

r₂′, x₂′ - сопротив-я д/верхней и нижней части схемы – различны при проявл-ии эффекта вытеснения тока в виду различия частот прямой и обратной состав-х токов ротора.

Вращ-й момент одногофаз-го дв-я:

По рабочим св-м однофаз. АД близок к 3-х фаз., работ. при сильном искожении питающ-го напр-я.

При один-х габаритах мощность 1фаз.АД сост-т 50-60% от номин. мощности 3-х фаз. дв. Это связано с тем, что обм-ка статора однофаз-го дв. занимает не все пазы и имеет обратное поле, кот. уменьшает вращ-й момент, увел-т потери дв. и вызывает его дополн-й нагрев.

4.17 Способы управления исполнительными двигателями постоянного тока.

Исполнит-ми двиг-ми наз-ся дв., кт. прим-ся в САУ и регулирования различных автоматизированных уст-к и предназ-ны д/преобр-ния эл-го сигнала (напряжение управления), получаемого от какого-либо измерительного органа", в механическое перемещение (вращение) вала с целью воздействия на соответствующий регулирующий или управляющий аппарат.

Номинальная мощность исполнительных Д обычно мала — от долей, ватта до 500—600 вт. К этим Д предъявляются большие требования по точности работы и быстродействию. Обычно требуется, чтобы зависимости момента М и скорости вращения пот напряжения сигнала (управления) Uубыли по возможности линейными. Существует ряд разновидностей исполнительных двигателей постоянного и переменного тока.

Исполнит-ые дв-ли нормальной конструкции по своему устройству аналогичны нормальным машинам постоянного тока. При якорном управлении ток возбуждения i_B = const, а на якорь подается напряжение управления U_y. Характеристики M = f(U_y)и n=f(U_y)при этом получаются практически линейными. При полюсном управлении на якорь подается напряжение U_a = const, а напряжение управления U_у подается на обмотку возбуждения. При этом требуется меньшая мощность управления, однако характеристика п=f(Uy)не будет линейной. Поэтому обычно применяется якорное управление.

Магнитоэлектрические машины. В связи с разработкой сплавов ални (А1—Ni), алнико (А1 — Ni — Со), а также ряда других сплавов, обл-щих высокими магнитными св-ми, стало возможным изгот-ние машин без обмотки возбуждения, с постоянными магнитами на индукторе. В частности, с постоянными магнитами изгот-ся исп-ные Д с якорным упр-ем мощ-ю до 50—100 вт. С постоянными магнитами м. строить также Г и Д общего назн-я мощностью до 5—10 квт. Однако вследствие дороговизны указанных сплавов такие машины не получили до сих пор большого распр-ния.

Исполнит-ые дв-ли с полым немагнитным якорем вследствие малой инерции якоря обладают большим быстродействием. Полый якорь в виде стаканчика изготовляется из пластмассы, и на нем размещ-ся и укрепляется якорная обмотка обычного типа, соединенная с коллектором. Внутренний неподвижный ферромагнитный сердечник (статор) при якорном управлении может быть массивным. Из-за наличия большого немагнитного зазора между внешним и внутренним статорами требуется сильная ОВ, габариты машины увел-ся, а к.п.д. уменьшается. Подобные Д вып-ся мощ-ю до 10—15 вт.

Двиг-ли с печатной обмоткой якоря также обладают малой инерцией. Якорь этого Д имеет вид тонкого диска из немагнитного материала (текстолит, стекло и т. д.), на обеих сторонах кт. расп-ны медные провод-ки обмотки якоря. Пров-ки вып-ся путем гальванического травления листов медной фольги, наклеенных на диск якоря- получила назв. печатной обмотки. Схема обмотки якоря обычная, 2хслойная, причем пров-ки отд-ых слоев расп-ны на разных сторонах диска и соед-ся электр-ки м/у собой ч/з отв-я в диске. Возбуждение осущ-ся с пом-ю постоянных магнитов или ОВ. Напряжение таких машин сост-ет 6—50 в.

Тахогенераторы представляют собой маломощные электрические генераторы (обычно до Р_н= 10 ч- 50 вт), которые служат в системах автоматики для преобразования скорости вращения в электрический сигнал (напряжение U_c). От тахогенераторов требуется линейная зависимость U_c = f(n)cточностью до 0,2—0,5%, а иногда с точностью до 0,01%.