Механічні і кутові характеристики синхронного двигуна. Регулювання збудження та реактивної потужності
Синхронні двигуни застосовуються в промисловості для нерегульованих приводів (насосів, компресорів тощо). Вони порівняно прості за конструкцією і мають високі енергетичні показники (ККД, регульований cos j). Схема підключення синхронного двигуна наведена на рис. 3.18. Цей двигун має такий же, як в асинхронного двигуна, статор С з трифазною обмоткою змінного струму. Ротор Р виконаний з двома обмотками: короткозамкненою пусковою ОП і обмоткою збудження ОЗ. Короткозамкнена обмотка служить для асинхронного пуску двигуна, а обмотка збудження – для збудження постійним струмом, який подається через контактні кільця.
Механічні та кутова характеристики. Процесу пуску і режиму роботи відповідають різні механічні характеристики.
При пуску двигуна обмотку статора підключають до мережі змінного струму, а обмотку збудження замикають контактами SA1на розрядний опір Rрозр, який звичайно дорівнює (8 – 10)- разовому значенню опору обмотки збудження. Обертання ротора починається під дією моменту, який створюється короткозамкненою обмоткою. При цьому розрядний опір дозволяє обмежити у допустимих межах напругу на обмотці ОЗ,якавиникає при великих ковзаннях, і забезпечити прийнятний пусковий момент. Якщо ж обмотку збудження замкнути накоротко, то напруга на ній стане рівною нулю, але двигун буде розвивати знижений пусковий момент. При наявності на валу двигуна значного статичного моменту і зниженого пускового моменту можлива стійка робота двигуна при зниженій кутовій швидкості. Тому, що пускова обмотка синхронного двигуна розраховується на короткочасний режим роботи (у межах 20 — 30 с), то при роботі зі сталою або зниженою швидкістю при великій тривалості пуску відбудеться перегрів обмотки та її пошкодження.
|
|
|
При досягненні двигуном швидкості, що відповідає 95 — 98% від синхронної, яка називається підсинхронною, в обмотку збудження ротора подається постійний струм і двигун втягується в синхронізм. Розрядний опір при цьому відключається від обмотки збудження. Пускова обмотка при синхронній кутовій швидкості автоматично виключається з роботи, тому що в ній не наводиться ЕРС.
Механічна характеристика синхронного двигуна в процесі пуску (рис. 3.19, а) має дві характерні точки: 1) початкового пускового моменту Мпуск, що розвивається при нерухомому стані (ковзання s = 1); 2) підсинхронного або вхідного моменту Мвх, який розвивається двигуном при 95%-вій синхронній кутовій швидкості (ковзання 
).
Статичний момент навантаження при вході двигуна в синхронізм повинен бути менше вхідного. Тому в каталогах на двигуни крім кратності пускового струму Іпуск / Іном і пускового моменту Мпуск / Мном наводиться кратність вхідного моменту Мвх / Мном. Для забезпечення умов навантаження при пуску та вході у синхронізм синхронні двигуни виконуються з пусковими обмотками двох типів, які дозволяють отримати характеристику 1 або 2 (рис. 3.19, а). Характеристика 1 має менший пусковий момент Мпуск1, але більший вхідний момент Мвх1 і прийнятна для механізмів зі значним статичним моментом при пуску. Характеристика 2 має більший пусковий момент Мпуск2, але менший Мвх2. Знаючи значення Мвх, можна побудувати частину пускової характеристики в зоні входження двигуна в синхронний режим тому, що цю характеристику при малих s можна прийняти прямолінійною.
|
|
|
Пуск синхронних двигунів, як і асинхронних короткозамкнених, здійснюється при підключенні двигуна або на повну (прямий пуск), або на знижену напругу мережі.
Після процесу синхронізації кутова швидкість синхронного двигуна w0 =2p f1/ р, де f1– частота струму в мережі; р — число пар полюсів.
Механічна характеристика режиму навантаження синхронного двигуна представляє собою пряму, паралельну осі абсцис (рис. 3.19, б). Жорсткість механічної характеристики b = dМ / dw = ¥, тому вона називається абсолютно жорсткою. Однак синхронний двигун працює стійко лише у визначених межах значень статичного моменту навантаження. Зі зміною навантаження змінюється положення осей магнітних полів статора і ротора, яке характеризується кутом q зсуву фаз між векторами напруги мережі та ЕРС, яка наводиться полем ротора в обмотці статора. Залежність моменту двигуна М від кута q називається кутовою характеристикою синхронного двигуна (рис. 3.20).
|
|
|
Щоб знайти рівняння кутової характеристики, розглянемо спрощену векторну діаграму синхронної машини (рис. 3.21, а). Тому що активний опір статора R1 у порівнянні з повним індуктивним опором X1 достатньо малий, то без великої похибки для точності розрахунку ним можна зневажити, тобто покласти R1= 0. Тоді векторна діаграма прийме вид діаграми, яка зображена на рис. 3.21, б. З цієї векторної діаграми випливає, що
U1фcosj = E cos (j - q); cos (j - q) = U1ф sinq /(I1X1) (3.36)
Активна трифазна потужність, яка споживається з мережі
Pе = 3 U1ф I1сosj.
Без врахування втрат момент двигуна
M = Pе / w0 = 3 U1ф I1cosj / w0 (3.37)
З урахуванням (3.36) отримаємо рівняння кутової характеристики
M = 3 E U1ф sinq /(w0X1) = Mmax sinq (3.38)
|
|
|
З рівняння (3.38) видно, що момент синхронного двигуна пропорційний напрузі мережі в першому ступіні. Така залежність моменту вигідно відрізняє синхронний двигун від асинхронного, у якого M º U2.
Як видно з характеристики М =f (q) (рис. 3.20), стійка робота синхронного двигуна можлива при кутах q, менших 90°. Звичайно при номінальному моменті двигуна qном = 20¸30°, що відповідає значенням sinqном= 0,35¸ 0,5. Звідси випливає, що перевантажувальна здатність синхронного двигуна
l = Mmax / Mном = sin90º / sinqном = 2 ÷ 3.
Для спеціальних цілей виготовляють синхронні двигуни з перевантажувальною здатністю λ = 3,5 ÷ 4.
Регулювання збудження і реактивної потужності.З основного рівняння кутової характеристики (3.38) синхронного двигуна випливає, що 
. Тому при роботі синхронних двигунів в умовах ударного навантаження для підвищення їх перевантажувальної здатності в момент різкого зростання навантаження на валу, збудження машини підсилюється (форсується). Час роботи з форсуванням повинен бути обмежений через небезпеку перегрівання обмоток двигуна.
Для швидкої зупинки синхронних двигунів звичайно застосовується динамічне гальмування з незалежним збудженням. При цьому статор двигуна відключається від мережі та замикається на зовнішній опір, а обмотка збудження живиться постійним струмом. Якщо значення струму збудження не змінюється, то механічна характеристика синхронного двигуна в режимі динамічного гальмування аналогічна таким же характеристикам асинхронного двигуна при різних опорах у колі ротора.
На відміну від інших двигунів змінного струму синхронний двигун дозволяє регулювати споживання реактивної потужності з мережі. Це положення можна пояснити наступним чином. Якщо зневажити падінням напруги в обмотці статора двигуна, яке обумовлене активним та індуктивним опорами, то ЕРС, що виникає в обмотці статора при роботі двигуна без навантаження, дорівнює напрузі мережі. Вона визначається результуючим магнітним потоком у повітряному зазорі «статор — ротор». Цей потік визначається МРС обмотки статора і обмотки збудження. У тому випадку, коли струм збудження відсутній, весь магнітний потік створюється тільки струмом статора.
Синхронний двигун при цьому, так само як і асинхронний двигун, що працює без навантаження, споживає з мережі реактивний струм, що відстає від напруги на 90°. Якщо двигун збуджувати постійним струмом, то частина результуючої МРС буде створена струмом збудження ротора і струм статора, що намагнічує, зменшиться. Подальше збільшення струму збудження призведе до того, що струм обмотки статора може стати таким, що розмагнічує. У противному випадку магнітний потік машини виявився б більше результуючого, відповідного заданою ЕРС. Таким чином, при перезбудженні синхронний двигун буде споживати струм, що розмагнічує, який випереджає по фазі напругу на кут 90°, тобто машина буде працювати генератором реактивної енергії.
Залежність повного струму синхронного двигуна від струму збудження ілюструється U-подібними характеристиками, наведеними на рис. 3.22. Тут крива 2 представляє собою регулювальну характеристику синхронного двигуна I1= f (Iз) при cosφ = 1 і є геометричним місцем мінімумів U-подібних характеристик, що відповідають різним значенням навантаження P1, P2, P3. Ліворуч від кривої 2 двигун недозбуджений, праворуч — перезбуджений. Крива 1 характеризує межу статичної стійкості двигуна; при переході її двигун може випасти з синхронізму. Крива 3 відповідає верхній межі збудження за умовами допустимого нагріву обмоток збудження і стабільності роботи (саморозгойдування двигуна).
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 2581; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!