Пуск синхронного двигателя непосредственным включением в сеть невозможен, так как ротор из-за своей значительной инерции не может быть сразу увлечен вращающимся полем статора, частота вращения которого устанавливается мгновенно. В результате устойчивая магнитная связь между статором и ротором не возникает. Для пуска синхронного двигателя приходится применять специальные способы, сущность которых состоит в предварительном приведении ротора во вращение до синхронной или близкой к ней частоте, при которой между статором и ротором устанавливается устойчивая магнитная связь.
В настоящее время практическое применение имеет способ пуска, получивший название асинхронного. Этот способ пуска возможен при наличии в полюсных наконечниках ротора пусковой обмотки (клетки), аналогичной успокоительной обмотке синхронного генератора (см. рис. 21.8). Схема включения двигателя при этом способе пуска приведена на рис. 22.3, а. Невозбужденный синхронный двигатель включают в сеть. Возникшее при этом вращающееся магнитное поле статора наводит в стержнях пусковой клетки ЭДС, которые создают токи 
Рис. 22.3. Асинхронный пуск синхронного двигателя
Взаимодействие этих токов с полем статора вызывает появление на стержнях пусковой клетки электромагнитных сил 
. Под действием этих сил ротор приводится во вращение (рис. 22.3, б). После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной 
, обмотку возбуждения подключают к источнику постоянного тока. Образующийся при этом синхронный момент [см. (21.10)] втягиваем ротор двигателя в синхронизм. После этого пусковая обмотка двигателя выполняет функцию успокоительной обмотки, ограничивая качания ротора (см. § 21.4).
Чем меньше нагрузка на валу двигателя, тем легче его вхождение в синхронизм. Явнополюсные двигатели малой мощности, пускаемые без нагрузки на валу, иногда входят в синхронизм лишь за счет реактивного момента, т. е. даже без включения обмотки возбуждения.
С увеличением нагрузочного момента на валу вхождение двигателя в синхронизм затрудняется. Наибольший нагрузочный момент, при котором ротор синхронного двигателя еще втягивается и синхронизм, называют моментом входа двигателя в синхронизм 
. Величина асинхронного момента 
при частоте вращения 
зависит от активного сопротивления пусковой клетки, т. е. от сечения стержней и удельного электрического сопротивления металла, из которого они изготовлены (см. рис. 13. 
).
Следует обратить внимание, что выбор сопротивления пусковой клетки 
, соответствующего значительному пусковому моменту 
, способствует уменьшению момента входа в синхронизм 
и, наоборот, при сопротивлении 
, соответствующем небольшому пусковому моменту ( 
), момент входа в синхронизм увеличивается 
(рис. 22.4).
Рис. 22.4. Асинхронные моменты при пуске синхронного двигателя:
— дополнительный момент,
— момент входа в синхронизм
В процессе асинхронного пуска обмотку возбуждения нельзя оставлять разомкнутой, так как магнитный поток статора, пересекающий ее в начальный период пуска с синхронной скоростью, наводит в ней ЭДС. Вследствие большого числа витков обмотки возбуждения эта ЭДС достигает значений, опасных как для целости изоляции самой обмотки, так и для обслуживающего персонала. Для предотвращения этого обмотку возбуждения на период разгона ротора замыкают на активное сопротивление 
, примерно в десять раз большее сопротивления обмотки возбуждения. Переключение зажимов И1 и И2 обмотки возбуждения с сопротивления на зажимы возбудителя осуществляют переключателем П (см. рис. 22.3, а).
Замыкание накоротко обмотки возбуждения на время пускания двигателя нежелательно, так как при этом обмотка ротора образует однофазный замкнутый контур, взаимодействие которого с вращающимся полем статора также создает дополнительный асинхронный момент . Однако при частоте вращения, равной половине синхронной, этот момент становится тормозящим (рис. 22.4) и создает «провал» в характеристике пускового (асинхронного) момента (пунктирная кривая). Это заметно ухудшает пусковые свойства синхронного двигателя.
При асинхронном пуске синхронного двигателя возникает значительный пусковой ток. Поэтому пуск синхронных двигателей непосредственным включением в сеть на номинальное напряжение применяют при достаточной мощности сети, способной выдерживать без заметного падения напряжения броски пускового тока пяти- или семикратного значения (по сравнению с номинальным током). Если же мощность сети недостаточна, то можно применить пуск двигателя при пониженном напряжении (см. § 15.2): автотрансформаторный или реакторный.
megaobuchalka.ru
Cтраница 1
Максимальный момент синхронного двигателя определяется величиной угла в между осями вращающегося магнитного поля статора и потока ротора. [1]
Максимальный момент синхронного двигателя принято называть моментом выхода из синхронизма. [3]
Кратность максимального момента синхронного двигателя должна обеспечивать устойчивую работу его при пиках нагрузки. [4]
Возможность регулирования максимального момента синхронного двигателя с помощью изменения тока возбуждения является его ценным свойством, которое позволяет при необходимости повысить перегрузочную способность или сохранить ее при кратковременных - снижениях напряжения сети в условиях эксплуатации. [5]
Согласно ( IX-58) максимальный момент синхронного двигателя пропорционален первой степени напряжения на его зажимах. Поэтому по сравнению с асинхронным двигателем, момент которого пропорционален квадрату напряжения, он менее последнего чувствителен к колебаниям напряжения в сети. При ненасыщенной магнитной цепи он пропорционален току ротора. [6]
Показать при помощи упрошенной векторной диаграммы, что максимальный момент синхронного двигателя зависит от тока возбуждения. [7]
Показать при помощи упрощенной векторной диаграммы, что максимальный момент синхронного двигателя зависит от тока возбуждения. [8]
Как видно из выражения ( 3 - 73), максимальный момент синхронного двигателя пропорционален первой степени напряжения. Это выгодно отличает его от асинхронного, у которого наибольший момент пропорционален квадрату напряжения, вследствие чего последний более чувствителен к колебаниям напряжения сети. [10]
Тем не менее с целью повышения удельной синхронизирующей мощности представляется целесообразным повысить кратность максимального момента синхронных двигателей, поставляемых для буровых установок. [11]
Перечисленные преимущества синхронных двигателей, а также большая, чем у асинхронных двигателей устойчивость при понижениях напряжения сети вследствие того, что максимальный момент синхронного двигателя пропорционален первой степени напряжения ( кроме того, при понижениях напряжения он может быть увеличен форсированием тока возбуждения), способствуют широкому внедрению синхронных двигателей на предприятиях нефтяной промышленности. [12]
Перечисленные преимущества синхронных двигателей, а также большая, чем у асинхронных двигателей, устойчивость при понижениях напряжения сети вследствие того, что максимальный момент синхронного двигателя пропорционален первой степени напряжения ( кроме того, при понижениях напряжения он может быть увеличен форсированием тока возбуждения), способствуют широкому внедрению синхронных двигателей на предприятиях нефтяной и газовой промышленности. [13]
Максимальный момент синхронного двигателя принято называть моментом выхода из синхронизма. [14]
Как зависит максимальный момент синхронного двигателя от напряжения сети. [15]
Страницы: 1
www.ngpedia.ru
Синхронная машина, как любая электрическая машина, обратима, т.е. может работать как в двигательном, так и в генераторном режимах. Однако особенности работы машины в том или ином режиме предъявляют различные требования к ее конструктивному исполнению. Наиболее существенным отличием условий работы синхронного двигателя является процесс включения его в сеть, называемый пуском.
Собственный пусковой момент синхронного двигателя равен нулю, так как вследствие инерции ротора поток возбуждения 
. Поэтому после включения возбуждения двигателя в сеть при 
поля и перемещаются относительно друг друга с большой скоростью, и среднее взаимодействие этих полей равно нулю.
Пуск синхронного двигателя можно осуществить с помощью преобразователя частоты, который плавно повышает частоту вращения поля якоря от нуля до номинального значения по мере разгона двигателя. Такой способ пуска называется частотным. Возможен также пуск синхронного двигателя при помощи дополнительного асинхронного двигателя, осуществляющего предварительный разгон недовозбужденного синхронного двигателя до подсинхронной частоты вращения. Затем производится включение синхронного двигателя в сеть и его синхронизация по методу грубой синхронизации подобно тому, как это делается для синхронных генераторов.
 |
Однако наиболее распространенным является асинхронный пуск синхронного двигателя. С этой целью на роторе в специальных пазах полюсных наконечников явнополюсных синхронных двигателей размещают короткозамкнутую обмотку (рис. 5.43) в виде латунных, медных или бронзовых стержней 1, соединенных по торцам короткозамыкающими кольцами 2. Эта обмотка называется пусковой. При использовании массивных плюсов, а также в случае неявнополюсных синхронных двигателей с ротором в виде массивного стального цилиндра роль пусковой обмотки выполняет внешняя поверхность полюсов или цилиндра ротора.
Схема асинхронного пуска представлена на рис. 5.44. В соответствии с этой схемой процесс пуска выполняется в два этапа. На первом этапе после включения обмотки статора в сеть ротор двигателя разгоняется под действием асинхронного момента до подсинхронной частоты вращения. Скольжение ротора
 |
.
Обмотка возбуждения в течение первого этапа пуска замыкается на активное сопротивление 
. Оставлять обмотку возбуждения разомкнутой нельзя, так как вращающееся поле статора наводит в ней в начальный период пуска значительную ЭДС, способную «пробить» изоляцию обмотки возбуждения и опасную для эксплуатационного персонала.
 |
Замыкать обмотку возбуждения накоротко также нецелесообразно, так как при этом возрастают провалы в кривой асинхронного момента 
(рис.5.45). Обмотка возбуждения является однофазной обмоткой. Индуцированный в ней ток создает пульсирующее магнитное поле. Прямо вращающаяся составляющая этого поля создает момент 
, а обратно вращающаяся составляющая - момент 
(см. п.4.13.2). При суммировании этих моментов с моментом пусковой обмотки 
в кривой результирующего момента 
появляются провалы в зоне малых скольжений и в области скольжения 
, которые могут затруднить пуск двигателя. Введение в цепь обмотки возбуждения дополнительного сопротивления 
позволяет уменьшить величину этих провалов. Для оценки пусковых свойств синхронного двигателя используются три показателя:
кратность пускового момента 
;
кратность максимального момента 
;
кратность входного момента 
.
Входной момент определяется при скольжении 
, примерно соответствующем верхнему уровню скольжения, при котором двигатель может войти в синхронизм после подачи возбуждения. Момент сопротивления на валу двигателя 
должен быть меньше развиваемого двигателем асинхронного момента 
(рис. 5.45). Разность моментов и определяет динамический момент
.
Чем больше динамический момент, тем меньше время пуска
.
Если динамический момент мал, то пуск затягивается. Это может привести к перегреву обмотки статора и пусковой обмотки из-за значительных токов, протекающих по этим обмоткам при асинхронном пуске. Пусковой ток статорной обмотки (при 
) в несколько раз превышает номинальный ток и обычно составляет
.
Второй этап пуска начинается, когда ротор достигнет установившейся частоты вращения ( 
), и обмотка возбуждения подключается к источнику постоянного тока (возбудителю). После включения возбуждения на ротор помимо асинхронного момента начинает действовать синхронный момент 
, зависящий от тока возбуждения 
и угла q,
.
 |
На рис. 5.46 представлены зависимости момента и скольжения s для разных моментов включения возбуждения.
При отсутствии возбуждения скольжение в установившемся асинхронном режиме изменяется по кривой 1. Ее нелинейный характер объясняется магнитной несимметрией ротора по осям d и q (для неявнополюсного двигателя скольжение постоянно и не зависит от положения ротора).
При подаче возбуждения в момент 
(рис. 5.46, а) синхронный момент 
положителен и, складываясь с асинхронным моментом 
, приводит к уменьшению скольжения (кривая 2). Ротор достигает синхронной частоты вращения и после нескольких качаний выходит на установившийся режим ( 
, 
).
При подаче возбуждения в момент 
(рис. 5.46, б) возникающий синхронный момент будет действовать против направления вращения ротора. Поэтому скольжение ротора на интервале, когда момент 
, возрастает (кривая 2), и условия для синхронизации на интервале положительного момента ( 
) ухудшаются. Ротор достигает синхронной частоты вращения после одного или нескольких проворотов, а при неблагоприятных условиях синхронизация двигателя может оказаться невозможной.
 |
Рабочие свойства синхронных двигателей могут быть исследованы с помощью уравнений и векторных диаграмм, полученных для синхронных генераторов (см. п. 5.11 и 5.12). Основным режимом синхронных двигателей является режим при 
. Этот режим описывается U-образными характеристиками (рис. 5.47), которые практически повторяют U-образные характеристики генератора. Отличается лишь U-образная характеристика в режиме холостого хода 
, когда для своей работы двигатель потребляет из сети активный ток 
.
Другим характерным режимом является работа двигателя при постоянном возбуждении ( 
) и переменной нагрузке ( 
). Характеристиками этого режима являются угловые (рис. 5.48) и рабочие характеристики (рис. 5.49).
Угловые характеристики построены без учета знака угла и мощности для трех значений тока возбуждения. Они показывают, что синхронные двигатели допускают регулирование максимального момента. Это имеет очень важное значение в аварийных режимах для сохранения устойчивости параллельной работы двигателя с сетью.
 |
Рабочие характеристики (рис. 5.49) построены при токе возбуждения 
(рис. 5.47). С ростом нагрузки 
падает, двигатель переходит в режим потребления реактивной мощности ( 
). При автоматическом регулировании тока возбуждения можно обеспечить работу двигателя с любым заданным законом изменения коэффициента мощности.
Синхронные двигатели обычно проектируются для работы в режиме перевозбуждения ( 
) с коэффициентом мощности 
. Это позволяет уменьшить реактивную мощность синхронных генераторов на электростанциях и тем самым уменьшить потери в линиях электропередачи. Однако в сравнении с асинхронными двигателями синхронные двигатели являются более дорогими, главным образом, из-за затрат, связанных с изготовлением системы возбуждения. Синхронные двигатели также сложнее асинхронных в конструктивном отношении, нуждаются в квалифицированном обслуживании и менее надежны в эксплуатации.
Выбор того или иного типа двигателя осуществляется на основе технико-экономических расчетов. При мощности 100-200 кВт синхронные двигатели часто оказываются выгоднее асинхронных.
poznayka.org
Электромагнитная мощность неявнополюсного синхронного генератора:
где 
- угол между осью поля статора и осью полюсов.
При работе без нагрузки векторы этих МДС, вращаясь с одинаковой (синхронной) частотой, совпадают по направлению (
), при этом 
. Но с появлением нагрузки генератора (
), т.е. с возникновением электромагнитного момента на роторе, вектор МДС ротора, продолжая вращаться с прежней скоростью, смещается относительно вектора МДС статора на угол
в направлении вращения, при этом
.
Разделив на синхронную угловую частоту 
получим выражения электромагнитных моментов неявнополюсной синхронной машины:
Рабочие характеристики СД представляют собой зависимости первичной (потребляемой) мощности 
, тока статора 
, КПД η и 
(график 1), полезного момента
от полезной мощности на валу
при постоянных значениях напряжения (
) и частоты (
) питающей сети.
а) Скорость вращения 
.Скорость вращения СД при 
остается строго постоянной и, следовательно, от изменения
не зависит.
б) Коэффициент мощности 
При постоянном токе возбуждения увеличение нагрузки на валу вызывает уменьшение cosφ, что объясняется увеличением реактивного падения напряжения при возрастании потребляемого от сети тока.
в) Потребляемая мощность 
. Потребляемая мощность растёт быстрее, чем полезная мощность
, т.к. при увеличении нагрузки сказывается увеличение электрических потерь в двигателе, которые пропорциональны квадрату тока.
г) КПД η. 
–потери холостого хода состоящие из механических потерь, магнитных потерь в стали ротора, потерь на возбуждение.
- электрические потери обусловленные нагревом обмотки статора, 
- слагаемые из потерь в поверхностном слое ротора, вызванных пульсациями вследствие зубчатости поверхностей ротора и статора, а также потерь вызванных полями рассеяния.
КПД с увеличением нагрузки быстро увеличивается и достигает максимума, когда не зависящие от нагрузки механические потери и потери в стали становятся равными зависящим от нагрузки потерям в меди обмоток.
д) Полезный момент 
. Т.к.
, а характеристики снимаются при условии постоянной частоты сети, то график
имеет вид прямой выходящей из начала координат.
е) Ток статора 
. Величина тока статора определяется из соотношения
.Из этого соотношения видно что ток
с увеличением нагрузки
растет быстрее чем мощность
вследствие уменьшения
При постоянном токе возбуждения увеличение нагрузки на валу вызывает уменьшение cosφ, что объясняется увеличением реактивного падения напряжения при возрастании потребляемого от сети тока
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 (
) равным единице. Если для предприятия необходима выработка реактивной энергии, то синхронный 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.
studfiles.net
Cтраница 1
Вращающий момент синхронного двигателя создается в результате взаимодействия магнитного поля статора с магнитным полем полюсов. От напряжения питающей сети зависит только магнитный поток поля статора. [1]
Вращающий момент синхронного двигателя при пуске равен нулю ( § 6 - 11), поэтому двигатель необходимо раскручивать тем или иным способом до скорости, близкой к синхронной. [3]
Вращающий момент синхронного двигателя создается в результате взаимодействия магнитного поля статора с магнитным полем полюсов. От напряжения питающей сети зависит только магнитный поток поля статора. [4]
Зависимость вращающего момента синхронного двигателя от угла 6 имеет синусоидальный характер. [5]
Как регулируется вращающий момент синхронного двигателя. [6]
К тому же максимальный вращающий момент синхронного двигателя зависит от напряжения в первой степени, тогда как тот же момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения. [7]
От чего зависит наибольшее значение вращающего момента синхронного двигателя. [8]
Согласно ГОСТу 183 - 55 кратность максимального вращающего момента синхронного двигателя с коэффициентом мощности созф 0 9 должна быть не ниже 1 65 при номинальных значениях напряжения, частоты и тока возбуждения. [9]
Вследствие значительно большей ( в 2 - М раза) величины воздушного зазора у синхронных двигателей их эксплуатационная надежность значительно выше, а перегрузочная способность не меньше, чем у асинхронных двигателей. При этом вращающий момент синхронного двигателя менее чувствителен к колебаниям напряжения в питающей сети, так как его величина пропорциональна первой степени напряжения, в то время как у асинхронного двигателя она пропорциональна квадрату приложенного напряжения. [10]
Электродвигатели могут работать при отклонении напряжения в пределах от 10 до - 5 % номинальных значений. Снижение напряжения более чем на 5 % существенно уменьшает вращающий момент двигателей, так как в установившемся режиме вращающий момент синхронных двигателей пропорционален напряжению, а асинхронных двигателей - его квадрату. Уменьшение вращающего момента снижает производительность механизмов и может привести к его торможению, если момент сопротивления окажется больше вращающего. Кроме того, снижение напряжения при работе двигателя с постоянным моментом сопротивления ведет к его перегрузке. [11]
Электродвигатели могут работать при отклонении напряжения в пределах от 10 до - 5 % номинальных значений. Снижение напряжения более чем на 5 % существенно уменьшает вращающий момент двигателей, так как в установившемся режиме вращающий момент синхронных двигателей пропорционален напряжению, а асинхронных двигателей - его квадрату. Уменьшение вращающего момента снижает производительность механизма и может привести к его торможению, если момент сопротивления окажется больше вращающего. Кроме того, снижение напряжения при работе двигателя с постоянным моментом сопротивления ведет к его перегрузке. [12]
Электродвигатели могут работать при отклонении напряжения в пределах от 10 до - 5 % номинальных значений. Снижение напряжения более чем на 5 % существенно уменьшает вращающий момент двигателей, так как в установившемся режиме вращающий момент синхронных двигателей пропорционален напряжению, а асинхронных двигателей - его квадрату. Уменьшение вращающего момента снижает производительность механизмов и может привести к его торможению, если момент сопротивления окажется больше вращающего. Кроме того, снижение напряжения при работе двигателя с постоянным моментом сопротивления ведет к его перегрузке. [13]
Такой двигатель повышает costp всей энергоустановки, компенсируя реактивную мощность других приемников энергии; Кроме того, синхронные двигатели меньше, чем асинхронные, чувствительны к изменению напряжения питающей сети. У синхронных двигателей вращающий момент пропорционален напряжению сети в первой степени, тогда как у асинхронных - квадрату напряжения. Вращающий момент синхронного двигателя создается в результате взаимодействия магнитного поля статора с магнитным полем полюсов ротора, а от напряжения питающей сети зависит только амплитуда магнитного потока поля статора. [14]
По принципу устройства синхронный двигатель не отличается от генератора. В основе создания вращающего момента синхронного двигателя лежит взаимодействие переменного тока статора с постоянным магнитным полем ротора. [15]
Страницы: 1 2
www.ngpedia.ru
