Механическая и угловая характеристики синхронных электродвигателей

Механическая и угловая характеристики синхронных электродвигателей

Синхронные двигатели начинают широко внедрять в строительное производство, применяя их для привода машин средней и большой мощности, не требующих регулирования скорости: компрессоров, насосов, камнедробилок, экскаваторов.

Синхронный двигатель имеет неизменную скорость вращения, поэтому его механическая характеристика представляет прямую линию, параллельную оси абсцисс. В квадранте координатной системы она характеризует двигательный, а в квадранте — генераторный режим (рис. 35,а).

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Рис. 35. Механическая и угловая характеристики синхронного двигателя
а — механическая характеристика; б — угловая характеристика

Синхронный двигатель обладает абсолютно жесткой механической характеристикой. Однако его момент не может иметь беспредельно большого значения. При некотором предельном или максимальном значении нагрузочного момента синхронный двигатель выходит из устойчивой синхронной работы и останавливается.

При увеличении нагрузки синхронного двигателя ротор его начинает отставать от поля статора, угол внутреннего сдвига фаз © при этом возрастает. Увеличению угла © соответствует рост момента синхронного двигателя. Однако при возрастании до значений, больших момент начинает уменьшаться и становится возможным выпадение из синхронизма и остановка двигателя.

Синхронный двигатель может работать и генератором с отдачей энергии в сеть при синхронной скорости, когда нагрузочный момент на его валу будет иметь отрицательное значение. Такой режим используется в сетевых двигателях преобразовательной группы системы Г—Д. Для целей торможения такой режим практического значения не имеет, поскольку при этом нельзя получить снижения скорости.

Торможение синхронных двигателей противовключе-нием практически не применяется из-за больших толчков тока и усложненной аппаратуры управления. Вместо этого обычно применяют динамическое торможение.

При динамическом торможении синхронного двигателя к кольцам ротора подводится постоянный ток, а обмотка статора замыкается на сопротивление. Механические характеристики синхронного двигателя в этом режиме будут подобны характеристикам асинхронного двигателя при динамическом торможении.

Современные синхронные двигатели имеют в роторе кроме нормальной рабочей обмотки, питаемой постоянным током, еще и специальную пусковую короткозам-кнутую обмотку. С помощью этой обмотки двигатель пускается в ход как асинхронный, поэтому в пусковых режимах он обладает асинхронной характеристикой.

Хотя синхронный двигатель является несколько более сложной машиной, чем асинхронный двигатель с ко-роткозамкнутым ротором (из-за наличия у первого возбудителя, колец и щеточного устройства), тем не менее он применяется очень широко, заменяя асинхронный электродвигатель. Объясняется- это главным образом тем, что синхронный двигатель может работать с опережающим cos ф, отдавая в сеть реактивную мощность, необходимую для возбуждения асинхронных машин и трансформаторов. Тем самым повышается cos ф всего предприятия в целом и уменьшается мощность компенсирующих устройств. При значительной мощности синхронных двигателей в данной электроустановке от компенсирующих устройств можно полностью отказаться. Коэффициент полезного действия синхронных двигателей и надежность их выше, чем асинхронных, вследствие увеличенного зазора между статором и ротором и меньшей чувствительности к изменениям напряжения сети. Последнее обстоятельство вызывается тем, что момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения сети, а момент синхронного — первой степени напряжения.

Для уменьшения величины пусковых токов и связанного с ними снижения напряжения, особенно в сетях небольшой мощности, пуск синхронных двигателей осуществляется обычно через реактор, а в некоторых случаях— через автотрансформатор. Ограничение пусковых токов защищает обмотки двигателей от повышенных динамических нагрузок, возникающих при прямом включении в сеть.

Читать далее: Синхронное вращение двух асинхронных электродвигателей в системе электропривода

3.

6. Механические характеристики синхронного двигателя

Синхронные
двигатели, если они работают при
постоянной частоте с неизменной угловой
скоростью, применяются для приводов,
не требующих регулирования скорости.
К таким приводам относятся: компрессоры,
холодильные машины, камнедробилки и т.
п. Основное достоинство синхронного
двигателя заключается в возможности
работать с высоким коэффициентом
мощности.

Угловая
скорость синхронного двигателя (рис.
3.26, б) при работе в установившемся режиме
с возрастанием нагрузки на валу до
определенного значения, не превышающего
максимального момента
,
остается строго постоянной и равна
синхронной угловой скорости.

.

Поэтому
механическая характеристика его имеет
вид прямой линии, параллельной оси
абсцисс. Если момент нагрузки превышает,
то двигатель может выпасть из синхронизма.

Современные
синхронные двигатели имеют в роторе
кроме нормальной рабочей обмотки,
питаемой постоянным током, еще и
специальную пусковую короткозамкнутую
обмотку. С помощью этой обмотки двигатель
пускается в ход как асинхронный, и
поэтому в пусковых режимах он обладает
характеристикой асинхронного двигателя.
На рис. 3.22 представлены две пусковые
характеристики синхронного двигателя,
одна из них1
соответствует пуску с пониженным
начальным пусковым моментом
и значительным«входным» моментом,
под которым понимается момент, развиваемый
при скорости, равной 0,95
.
При этой скорости возможно вхождение
двигателя в синхронизм после включения
постоянного тока в обмотку возбуждения.

Если
пусковая клетка имеет увеличенное
активное сопротивление, то начальный
пусковой момент

будет больше, чем в предыдущем случае,
а входной момент
уменьшится (кривая2
на рис. 3.22). Выбор одной из двух указанных
пусковых характеристик зависит от
моментов сопротивления,
которым обладают производственные
механизмы.

Для
решения вопроса устойчивой работы
двигателя при пульсирующей нагрузке
необходимо знать зависимость момента
от угламежду напряжением и ЭДС двигателя (рис.
3.23.). Эта зависимостьносит название угловой характеристики
синхронного двигателя.

Уравнение
угловой характеристики имеет вид

,

где
— максимальный момент

,

—
ток короткого замыкания

С
увеличением нагрузки угол
возрастает, что вызывает увеличение
момента двигателя и обеспечивает
равенство,
т.е. условие нового устойчивого состояние
электропривода. Приусловие
устойчивой работы нарушается, так как
при увеличении нагрузки уголпродолжает возрастать, а момент,
развиваемый двигателем, уменьшается,
вследствие чего двигатель выпадает из
синхронизма.

Номинальному
моменту двигателя
практически
соответствует угол.
При этом перегрузочная способность
двигателя равна.

4.1.
Из приведенных уравнений выберите
уравнение для расчета механической
характеристики асинхронного двигателя,
учитывающего активное сопротивление
статора.

Правильный ответ
____

4.2.
Из приведенных уравнений выберите
уравнение для расчета критического
скольжения асинхронного двигателя в
двигательном режиме.

Правильный ответ
____

4. 3.
Из приведенных уравнений выберите
уравнение для расчета критического
момента асинхронного двигателя в
двигательном режиме.

Правильный ответ
____

4.4.
Из приведенных уравнений выберите
уравнение для расчета критического
момента асинхронного двигателя в
генераторном режиме.

Правильный ответ
____

4. 5.
Из приведенных уравнений выберите
уравнение для расчета критического
скольжения асинхронного двигателя в
двигательном режиме при введении в
роторную цепь дополнительного
сопротивления

Правильный ответ
____

Правильный ответ
____

Правильный ответ
____

Правильный ответ
____

Правильный ответ
____

Правильный ответ
____

Правильный ответ
____

Правильный ответ
____

Правильный ответ
____

4.14.
Из приведенных уравнений выберите
уравнение для синхронной скорости и
максимального момента синхронного
двигателя.

Правильный ответ
____

4.15.
Из приведенных уравнений выберите
уравнение для расчета угловой
характеристики неявнополюсного
синхронного двигателя.

Правильный ответ
____

Правильный ответ
____

Правильный ответ
____

Лекция 5

Характеристики крутящего момента и скорости синхронного двигателя

Характеристики синхронного двигателя представляют собой двигатели с постоянной скоростью. Скорость двигателя определяется количеством полюсов и частотой. По сравнению с асинхронным двигателем он очень чувствителен к внезапным изменениям нагрузки. Это вызывает колебание ротора и, в конечном итоге, приводит к проблемам со стабильностью. Он не имеет пускового момента и требует пускового оборудования, чтобы довести его до номинальной скорости. Когда он работает с номинальной скоростью, поле возбуждается. Демпферные обмотки на полевых полюсах помогают гасить колебания и обеспечивают пусковой момент. Двигатель может работать с различными коэффициентами мощности путем изменения возбуждения. Синхронные двигатели с перевозбуждением работают при опережающих коэффициентах мощности, а недовозбужденные — при отстающих. Они достаточно эффективны. Их эффективность и способность корректировать коэффициент мощности путем изменения возбуждения делают синхронные двигатели привлекательными для приложений большой мощности. Они предпочтительны в качестве приводов с постоянной скоростью в промышленности.

Векторная диаграмма характеристики синхронного двигателя показана на рис. 1.32. Теория этих двигателей была разработана на основе синхронного реактивного сопротивления, которое учитывает реактивное сопротивление рассеяния и реакцию якоря. Явнополюсная машина с неравномерным воздушным зазором описывается прямым и квадратурным реактивными сопротивлениями. Изменение тока якоря двигателя при изменении его возбуждения описывается V-образными кривыми при развитии двигателя заданной мощности.

Изменение возбуждения вызывает:

1. изменение тока якоря
2. изменение коэффициента мощности сети
3. незначительное изменение угла нагрузки.

Однако существуют минимальное и максимальное возбуждения для данной развиваемой мощности.

Увеличение механической нагрузки при постоянном возбуждении приведет к торможению ротора. Угол, на который ротор имеет тенденцию отставать от положения без нагрузки, называется углом нагрузки. В процессе достижения конечного положения ротор совершает колебания, которые гасятся демпфирующими обмотками.

Развиваемая мощность Характеристики синхронного двигателя:

Векторная диаграмма синхронного двигателя с цилиндрическим ротором при отстающем коэффициенте мощности показана на рис. 1.32. Мощность, развиваемая двигателем, определяется выражением , где

δ — угол нагрузки

В — напряжение на клеммах

E _t — развиваемое двигателем напряжение Развиваемая мощность зависит от возбуждения. Увеличение возбуждения приводит к увеличению P _д . Следовательно, угол нагрузки уменьшается при заданной развиваемой мощности. Перегрузочная способность двигателя увеличивается с увеличением возбуждения, и машина становится более стабильной. Если сопротивлением якоря можно пренебречь, развиваемая мощность будет равна

. Для явнополюсного ротора использование одного синхронного реактивного сопротивления дает ненадежные результаты. Производительность двигателя определяется использованием двух реактивных сопротивлений, а именно реактивных сопротивлений прямой оси и квадратурной оси (X _d , X _q ), первое больше второго.

Векторная диаграмма явнополюсного синхронного двигателя с перевозбуждением показана на рис. 1.32(b). Пренебрегая сопротивлением якоря, развиваемая мощность определяется выражением

, а развиваемый крутящий момент

. По сравнению с машинами с круглым ротором очевидны следующие отличия:

1. составляющая из-за заметности, которая зависит от разницы реактивных сопротивлений двух осей. Это называется силой сопротивления (крутящим моментом). Явнополюсный ротор развивает большую мощность для заданного угла нагрузки. Это означает, что мощность на градус угла нагрузки больше у ротора с явно выраженными полюсами, чем у круглого ротора, когда возбуждение одинаково в обоих случаях (в остальном два двигателя идентичны).
2. Максимальный крутящий момент в явнополюсном роторе возникает при угле крутящего момента, который меньше, чем соответствующий угол двигателя с круглым ротором.
3. Крутящий момент имеется в явнополюсном роторе даже при нулевом возбуждении.

Диаграмма угла мощности синхронного двигателя:

Характеристики угла мощности обоих типов ротора показаны на рис. 1.33 для различных возбуждений. Крутящий момент, развиваемый в синхронном двигателе, прямо пропорционален приложенному напряжению, в отличие от асинхронных двигателей, где он пропорционален квадрату напряжения. Следовательно, он менее чувствителен к перепадам напряжения.

Характеристики крутящего момента синхронного двигателя показаны на рис. 1.34. Характеристика параллельна оси крутящего момента, так как двигатель имеет постоянную скорость.

Демпферные обмотки, предусмотренные на полюсных поверхностях для подавления вибраций, также могут использоваться для запуска двигателя по принципу асинхронного двигателя. Характеристики момента и скорости

синхронного двигателя во время пуска аналогичны характеристикам асинхронного двигателя и изображены на рис. 1.34 для различных сопротивлений демпфера. Для получения лучшего пускового момента демпферная обмотка должна иметь высокое сопротивление. Однако это подавляет их основную функцию демпфирования колебаний, поскольку для этой задачи более эффективен демпфер с низким сопротивлением. В зависимости от применения двигателя требуется разумный выбор сопротивления.

Желательные изменения кривой крутящего момента синхронного двигателя:

Скорость характеристики синхронного двигателя может быть изменена только путем изменения частоты, т. е. характеристика крутящего момента синхронного двигателя может быть изменена только с помощью изменение частоты питания. Чтобы избежать возможного насыщения, напряжение также изменяется в зависимости от частоты. Переменное напряжение и переменная частота используются для изменения кривой скорости-крутящего момента.

Тиристорные преобразователи питания обеспечивают питание двигателя. Можно выделить три режима работы:

1. V ∕ f и E ∕ f постоянная
2. В и E ∕ f постоянная
3. В ∕ f и постоянная E

В первом режиме работы двигатель работает при постоянном потоке без учета влияния сопротивления. Ток, потребляемый двигателем, не зависит от частоты статора. Таким образом, возможны кривые скорость-момент, подобные кривым для параллельного двигателя. Рабочие характеристики показаны на рис. 1.35. Во втором режиме работы двигатель имеет характеристику последовательного двигателя, но присутствуют эффекты насыщения. Ток, потребляемый на низких частотах, высок. Рабочие характеристики показаны на рис. 1.36. Третий режим работы дает смешанную производительность, как показано на рис. 1.37.

Управление скоростью синхронного двигателя:

С появлением тиристорных преобразователей мощности синхронные двигатели становятся все более популярными в качестве приводов с переменной скоростью. Возможны два типа управления синхронным двигателем при питании от тиристорных силовых преобразователей.

1. Раздельное управление
2. Самоконтроль

Используемый тип управления влияет как на динамические, так и на установившиеся характеристики двигателя. в первом случае (рис. 1.38) двигатель питается от источника переменной частоты, частота управляется извне от кварцевого генератора. Двигатель имеет нормальную работу синхронного двигателя со всеми его проблемами со стабильностью и рывками. В самоконтроле (рис. 1.39), частота входа определяется скоростью вращения ротора или напряжением статора. Датчик положения ротора используется для управления импульсами запуска инвертора. К тому времени, когда ротор перемещается на два шага полюсов, все тиристоры в инверторе срабатывают один раз в последовательности. Таким образом, входная частота и скорость вращения ротора связаны. Плюсы зажигания могут быть получены также путем измерения напряжения статора. Благодаря самоконтролю двигатель обладает хорошей стабильностью, а также хорошими динамическими характеристиками. Двигатель приобретает характеристики двигателя постоянного тока. Инвертор с датчиком положения ротора или датчиком наведенного напряжения эквивалентен шестисегментному коммутатору. Самоуправляемый синхронный двигатель может заменить двигатель постоянного тока, который имеет ограничения из-за механического коммутатора. В этом режиме работы его также называют бесколлекторным двигателем (CLM). Двигатель может питаться от VSI или CSI или циклопреобразователя. При питании от CSI двигатель может перевозбуждаться, чтобы использовать напряжение машины для коммутации.

Форма кривой входного напряжения и тока для характеристики синхронного двигателя несинусоидальны. Временные гармоники формы волны приводят к пульсациям крутящего момента и нагреву якоря. Эти эффекты минимальны при использовании циклоконвертера. В случае питания CSI присутствуют всплески напряжения. Они влияют на изоляцию двигателя и номинальное напряжение инвертора.

Характеристика синхронного двигателя | Информация о крутящем моменте и скорости

Пожалуйста, заполните следующую форму, чтобы ваше ответственное контактное лицо могло связаться с вами.

Тема (*)

Продажи

Сервис

Инвалидный вход

Компания (*)

Пожалуйста, заполните имя компании

SALTUTIC

Имя

Пожалуйста, укажите имя

Фамилия (*)

Пожалуйста, укажите фамилию

LastName

Инвалидный вход

Street, номер

, пожалуйста, предоставьте улицу и номер

Zip -код (*)

Пожалуйста, заполните Zip -Code

City (*)

.