Какие существуют способы пуска синхронных двигателей

Содержание

1. Типовые схемы и способы пуска синхронных двигателей
2. Преимущества и недостатки
3. Способы пуска
4. Запуск с помощью разгонного двигателя
5. Асинхронный запуск
6. Частотный пуск
7. Системы возбуждения
8. Какие существуют способы пуска синхронных двигателей
9. Определение и принцип действия
10. ПРЯМОЙ ПУСК АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
11. Применение сопротивления при пуске
12. Сфера применения
13. Реакторный пуск
14. Пуск синхронного двигателя
15. 1. Пуск с помощью вспомогательного двигателя.
16. 2. Асинхронный пуск двигателя.
17. Пуск синхронных двигателей.
18. Типовые схемы пуска синхронных электродвигателей
19. Видео

Типовые схемы и способы пуска синхронных двигателей

Для обеспечения работы мощных электроприводов применяются синхронные электродвигатели. Они нашли применение в компрессорных установках, насосах, в системах, прокатных станах, вентиляторах. Применяются в металлургической, цементной, нефтегазовой и других отраслях промышленности, где необходимо использовать оборудование большой мощности. В этой статье мы решили рассказать читателям сайта Сам Электрик, как может выполняться пуск синхронных двигателей.

Конструктивно синхронные двигатели сложнее асинхронных, но они имеют ряд преимуществ:

При всех положительных качествах синхронных электродвигателей у них имеется существенный недостаток – сложность пуска в работу. Они не имеют пускового момента. Для запуска требуется специальное оборудование. Это долгое время ограничивало использование таких двигателей.

Способы пуска

Пуск синхронных электродвигателей можно осуществить тремя способами – с помощью дополнительного двигателя, асинхронный и частотный запуск. При выборе способа учитывается конструкция ротора.

Он выполняется с постоянными магнитами, с электромагнитным возбуждением или комбинированным. Наряду с обмоткой возбуждения на роторе смонтирована короткозамкнутая обмотка – беличья клетка. Её также называют демпфирующей обмоткой.

Запуск с помощью разгонного двигателя

Этот метод пуска редко применяется на практике, потому что его сложно реализовать технически. Требуется дополнительный электродвигатель, который механически соединен с ротором синхронного двигателя.

С помощью разгонного двигателя раскручивается ротор до значений близких к скорости вращения поля статора (к синхронной скорости). После чего на обмотку возбуждения ротора подают постоянное напряжение.

Контроль осуществляется по лампочкам, которые включены параллельно рубильнику, подающему напряжение на обмотки статора. Рубильник должен быть отключен.

В первоначальный момент лампы мигают, но при достижении номинальных оборотов они перестают гореть. В этот момент подают напряжение на обмотки статора. После чего синхронный электродвигатель может работать самостоятельно.

Затем дополнительный мотор отключается от сети, а в некоторых случаях его отсоединяют механически. В этом состоят особенности пуска с разгонным электродвигателем.

Асинхронный запуск

Метод асинхронного пуска на сегодня самый распространенный. Такой запуск стал возможен после изменения конструкции ротора. Его преимущество в том, что не нужен дополнительный разгонный двигатель, так как дополнительно к обмотке возбуждения в ротор вмонтировали короткозамкнутые стержни беличьей клетки, что дало возможность запускать его в асинхронном режиме. При таком условии этот способ пуска и получили широкое распространение.

Сразу же рекомендуем просмотреть видео по теме:

При подаче напряжения на обмотку статора происходит разгон двигателя в асинхронном режиме. После достижения оборотов близких к номинальным, включается обмотка возбуждения.

Электрическая машина входит в режим синхронизма. Но не все так просто. Во время пуска в обмотке возбуждения возникает напряжение, которое возрастает с ростом оборотов. Оно создает магнитный поток, который воздействует на токи статора.

При этом возникает тормозящий момент, который может приостановить разгон ротора. Для уменьшения вредного воздействия обмотки возбуждения подключают к разрядному или компенсационному резистору. На практике эти резисторы представляют собой большие тяжелые ящики, где в качестве резистивного элемента используются стальные спирали. Если этого не сделать, то из-за возрастающего напряжения может произойти пробой изоляции. Что повлечет выход оборудования из строя.

После достижения подсинхронной частоты вращения, от обмотки возбуждения отключаются резисторы, и на нее подается постоянное напряжение от генератора (в системе генератор-двигатель) или от тиристорного возбудителя (такие устройства называются ВТЕ, ТВУ и так далее, в зависимости от серии). В результате чего двигатель переходит в синхронный режим.

Недостатками этого метода являются большие пусковые токи, что вызывает значительную просадку напряжения питающей сети. Это может повлечь за собой остановку других синхронных машин, работающих на этой линии, в результате срабатывания защит по низкому напряжению. Для уменьшения этого воздействия цепи обмоток статора подключают к компенсационным устройствам, которые ограничивают пусковые токи.

Частотный пуск

Частотный пуск синхронных двигателей применяется для запуска устройств большой мощности (от 1 до 10 МВт) с рабочим напряжением 6, 10 Кв, как в режиме легкого запуска (с вентиляторным характером нагрузки), так и с тяжелым пуском (приводов шаровых мельниц). Для этих целей выпускаются устройства мягкого частотного пуска.

Принцип работы аналогичен высоковольтным и низковольтным устройствам, работающим по схеме преобразователя частоты. Они обеспечивают пусковой момент до 100% от номинала, а также обеспечивают запуск нескольких двигателей от одного устройства. Пример схемы с устройством плавного пуска вы видите ниже, оно включается на время запуска двигателя, а затем выводится из схемы, после чего двигатель включается в сеть напрямую.

Системы возбуждения

До недавнего времени, для возбуждения применялся генератор независимого возбуждения. Он располагался на одном валу с синхронным электродвигателем. Такая схема еще применяется на некоторых предприятиях, но она устарела и теперь не применяется. Сейчас для регулировки возбуждения используются тиристорные возбудители ВТЕ.

Эти устройства отличаются высокой надежностью. Основным недостатком является высокая цена.

В заключение отметим, что самый распространенный способ пуска синхронных двигателей – это асинхронный запуск. Практически не нашел применения пуск с помощью дополнительного электродвигателя. В то же время частотный запуск, который позволяет в автоматическом режиме решить проблемы пуска, довольно дорогостоящий.

Источник

Какие существуют способы пуска синхронных двигателей

Определение и принцип действия

Если говорить простым языком, то синхронным называют электродвигатель, у которого скорость вращения ротора (вала) совпадает со скоростью вращения магнитного поля статора.

Кратко рассмотрим принцип действия такого электродвигателя — он основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора, которое обычно создаётся трёхфазным переменным током и постоянного магнитного поля ротора.

Постоянное магнитное поле ротора создаётся за счет обмотки возбуждения или постоянных магнитов. Ток в обмотках статора создаёт вращающееся магнитное поле, тогда как ротор в рабочем режиме представляет собой постоянный магнит, его полюса устремляются к противоположным полюсам магнитного поля статора. В результате ротор вращается синхронно с полем статора, что и является его основной особенностью.

Напомним, что у асинхронного электродвигателя скорость вращения МП статора и скорость вращения ротора отличаются на величину скольжения, а его механическая характеристика «горбатая» с пиком при критическом скольжении (ниже его номинальной скорости вращения).

Скорость, с которой вращается магнитное поле статора, может быть вычислена по следующему уравнению:

f – частота тока в обмотке, Гц, p – количество пар полюсов.

Соответственно по этой же формуле определяется скорость вращения вала синхронного двигателя.

Большинство электродвигателей переменного тока, используемых на производстве, выполнены без постоянных магнитов, а с обмоткой возбуждения, тогда как маломощные синхронные двигатели переменного тока выполняются с постоянными магнитами на роторе.

Ток к обмотке возбуждения подводится за счет колец и щеточного узла. В отличие от коллекторного электродвигателя, где для передачи тока вращающейся катушке используется коллектор (набор продольно расположенных пластин), на синхронном установлены кольца поперек одного из концов статора.

Источником постоянного тока возбуждения в настоящее время являются тиристорные возбудители, часто называемые «ВТЕ» (по названию одной из серий таких устройств отечественного производства). Ранее использовалась система возбуждения «генератор-двигатель», когда на одном валу с двигателем устанавливали генератор (он же возбудитель), который через резисторы подавал ток в обмотку возбуждения.

Ротор почти всех синхронных двигателей постоянного тока выполняется без обмотки возбуждения, а с постоянными магнитами, они хоть и похожи по принципу действия на СД переменного тока, но по способу подключения и управления ими очень сильно отличаются от классических трёхфазных машин.

Одной из основных характеристик электродвигателя является механическая характеристика. Она у синхронных электродвигателей приближена к прямой горизонтальной линии. Это значит, что нагрузка на валу не влияет на его обороты (пока не достигнет какой-то критической величины).

Это достигается именно благодаря возбуждению постоянным током, поэтому синхронный электродвигатель отлично поддерживает постоянные обороты при изменяющихся нагрузках, перегрузках и при просадках напряжения (до определенного предела).

Ниже вы видите условное обозначение на схеме синхронной машины.

ПРЯМОЙ ПУСК АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Как уже было сказано выше, прямое включение обмотки асинхронного двигателя может применяться только при низкой мощности. В этом случае пусковой ток превышает номинальный в 5-7 раз, что не является проблемой для коммутационного оборудования и электропроводки.

Основной проблемой прямого пуска становится подключение нескольких электродвигателей к маломощной подстанции или генератору.

Включение в сеть нового электродвигателя может вызвать настолько сильную просадку напряжения, что уже работающие двигатели остановятся, а новому мотору не хватит пускового момента, чтобы стронуться с места.

Пусковой ток асинхронного двигателя достигает максимального значения в момент включения и плавно снижается до номинального по мере раскрутки ротора.

Следовательно, для уменьшения времени перегрузки сети асинхронный двигатель должен включаться с минимальной нагрузкой, если это возможно.

Мощные токарные станки, гильотины для рубки металла не имеют фрикционных муфт, и все их вращающиеся механизмы раскручиваются в момент включения электродвигателя.

В этом случае длительные просадки напряжения приходится прямо закладывать в проектируемое для них электроснабжение.

Применение сопротивления при пуске

Метод применим для асинхронных двигателей, подключаемых к однофазной сети, и имеющих первичную дополнительную обмотку с короткозамкнутым ротором. Так называют мотор с расщепленной фазой, электроцепь которого имеет высокое активное сопротивление.

Чтобы пустить в ход двигатель, питаемый от однофазной сети, необходим пусковой резистор, соединяемый последовательно с дополнительной намоткой. Тогда сдвиг фаз составляет 30 градусов. Этого хватает для разгона. Ниже представлена схема, согласно которой достигается омический сдвиг фаз.

Вместо резистора можно применить дополнительную обмотку высокого сопротивления, но низкой индуктивности. В этом случае намотка имеет мало витков, которые выполняются из провода меньшего сечения в отличие от того, что используется для рабочей намотки.

В России с конвейера выходят моторы, подключаемые к однофазной сети, оснащенные резистором для сдвига фаз. Их мощность варьируется в диапазоне 18-600 Вт. Двигатели рассчитаны для сетей с напряжением 127, 220 или 380 Вольт и переменным током с частотой 50 Гц.

Сфера применения

Синхронные двигатели стоят дороже чем асинхронные, к тому же требуют дополнительного источника постоянного тока возбуждения – это отчасти снижает ширину области применения этого вида электрических машин. Однако, синхронные электродвигатели используют для привода механизмов, где возможны перегрузки и требуется точное поддерживание стабильных оборотов.

При этом чаще всего используются в области больших мощностей — сотен киловатт и единиц мегаватт, и, при этом, пуск и остановка происходят достаточно редко, то есть машины работают круглосуточно долгое время

Такое применение обусловлено тем, что синхронные машины работают с cosФи приближенном к 1, и могут выдавать реактивную мощность в сеть, в результате чего улучшается коэффициент мощности сети и снижается её потребление, что важно для предприятий

Реакторный пуск

В этом случае двигатель пускается при пониженном напряжении сети с помощью реактора или трансформатора. Реакторный пуск рекомендуется в первую очередь и только при невозможности его использования допу-скается автотрансформаторный пуск.

Реакторный пуск синхронных компенсаторов ( рис. 5 — 1 ж), принятый сейчас как основной, применен для мощных машин.

Реакторный, или автотрансформаторный, пуск осуществляется подачей на обмотки электродвигателей напряжения, сниженного с помощью автотрансформатора или чаще всего реактора, которые отключаются при разгоне агрегата до подсин-хронной частоты вращения. При реакторных пусках снижаются момент, развиваемый двигателем при пуске, толчки и вибрации машины, потребляемая мощность, нагрев обмоток и падение напряжения и увеличивается время пуска.

Пуск электродвигателей серии ВДС 325 — прямой асинхронный от сети, имеющей полное напряжение. Электродвигатели ВДС 325 имеют реакторный пуск от сети с пониженным напряжением.

Дают возможность регулировании напряжения. При до-статичнои мощности подстанции возможен реакторный пуск или непосредственный пуск от шип.

Вспомогательная схема токовых цепей защит электродвигателей с реакторным пуском от многофазных КЗ. а — при применении токовой отсечки. б — при применении дифференциальной защиты. М — электродвигатель. L — пусковой реактор. Ql, Q2 — выключатели. ТА1 — ТАЗ — трансформаторы тока. АК1, АК2 — комплекты токовых отсечек. АК — комплект дифференциальной защиты.| Принципиальная схема дифференциальной защиты электродвигателя М с реле.

Однако это преимущество автотрансформаторного пуска достигается ценой значительного усложнения и удорожания пусковой аппаратуры. Поэтому автотрансформаторный пуск применяется реже реакторного, при более тяжелых условиях, когда реакторный пуск не обеспечивает необходимого пускового момента.

Источник

Пуск синхронного двигателя

Синхронный двигатель не имеет начального пускового момента. Если его подключить к сети переменного тока, когда ротор неподвижен, а по обмотке возбуждения проходит постоянный ток, то за один период изменения тока, электромагнитный момент будет дважды изменять свое направление, т. е. средний момент за период равняется нулю. При этих условиях двигатель не сможет прийти во вращение, т.к. его ротор обладающий определенной инерцией, не может быть в течении одного полупериода разогнан до синхронной частоты вращения. Следовательно, для пуска синхронного двигателя необходимо разогнать его ротор с помощью внешнего момента до частоты вращения, близкой к синхронной.

В виду отсутствия пускового момента в синхронном двигателе для пуска его используют следующие способы:

1. Пуск с помощью вспомогательного двигателя.

2. Асинхронный пуск двигателя.

1. Пуск с помощью вспомогательного двигателя.

Пуск в ход синхронного двигателя с помощью вспомогательного двигателя может быть произведен только без механической нагрузки на его валу, т.е. практически вхолостую. В этом случае на период пуска двигатель временно превращается в синхронный генератор, ротор которого приводится во вращение небольшим вспомогательным двигателем. Статор этого генератора включается параллельно в сеть с соблюдением всех необходимых условий этого соединения. После включения статора в сеть вспомогательный приводной двигатель механически отключается. Этот способ пуска сложен и имеет к тому же вспомогательный двигатель.

2. Асинхронный пуск двигателя.

Наиболее распространенным способом пуска синхронных двигателей является асинхронный пуск, при котором синхронный двигатель на время пуска превращается в асинхронный. Для возможности образования асинхронного пускового момента в пазах полюсных наконечников явнополюсного двигателя помещается пусковая короткозамкнутая обмотка. Эта обмотка состоит из латунных стержней, вставленных в пазы наконечников и соединяемых накоротко с обоих торцов медными кольцами.

При пуске в ход двигателя обмотка статора включается в сеть переменного тока. Обмотка возбуждения (3) на период пуска замыкается на некоторое сопротивление Rг, рис. 45, ключ К находится в положении 2, сопротивление Rг = (8-10)Rв. В начальный момент пуска при S=1, из-за большого числа витков обмотки возбуждения, вращающее магнитное поле статора наведет в обмотке возбуждения ЭДС Ев, которая может достигнуть весьма большого значения и если при пуске не включить обмотку возбуждения на сопротивление Rг произойдет пробой изоляции.

Процесс пуска синхронного двигателя осуществляется в два этапа. При включении обмотки статора (1) в сеть в двигателе образуется вращающее поле, которое наведет в короткозамкнутой обмотке ротора (2) ЭДС. Под действием, которой будет протекать в стержнях ток. В результате взаимодействия вращающего магнитного поля с током в коротко замкнутой обмотке создается вращающий момент, как у асинхронного двигателя. За счет этого момента ротор разгоняется до скольжения близкого к нулю (S=0,05), рис. 46. На этом заканчивается первый этап.

Чтобы ротор двигателя втянулся в синхронизм, необходимо создать в нем магнитное поле включением в обмотку возбуждения (3) постоянного тока (переключив ключ К в положение 1). Так как ротор разогнан до скорости близкой к синхронной, то относительная скорость поля статора и ротора небольшая. Полюса плавно будут находить друг на друга. И после ряда проскальзываний противоположные полюса притянутся, и ротор втянется в синхронизм. После чего ротор будет вращаться с синхронной скоростью, и частота вращения его будет постоянной, рис. 46. На этом заканчивается второй этап пуска.

Источник

Пуск синхронных двигателей.

Существенным недостатком синхронных двигателей является отсутствие у них пускового момента. Инерционность ротора не позволяет ему сразу (мгновенно) развить частоту вращения, равную частоте вращения поля, которая устанавливается, как только в обмотке статора появляется ток. В результате над полюсами ротора проходят полюсы поля статора разной полярности, а поэтому между полем статора и полюсами ротора не возникает устойчивой магнитной связи, способной создать электромагнитный момент, действующий в одном направлении.

Для пуска синхронного двигателя не­обходимо предварительно привести ротор во вращение с частотой, близкой к синхронной. В этом случае при медленном перемещении поля относительно ротора ротор втягивается в синхронизм, т. е. начинает вращаться с частотой вращения поля – с синхронной частотой.

Для получения пускового момента в специаль­ных пазах полюсных наконечников ротора синхронного двигателя располагают короткозамкнутую обмотку, называемую пусковой. Эта обмотка представляет собой ряд стержней 1, выполненных из немагнитного электропроводящего Материала (меди, латуни и т. п.), замкнутых с обеих сторон короткозамыкаюшими кольцами или пластинами 2 (рис. 4.8). Она подобна короткозамкнутой об­мотке ротора асинхронного двигателя (см. рис. 8.2, а).

Рис. 4.8. Пусковая обмотка синхронного двигателя

Пуск синхронного двигателя с электромагнитным возбуждением осуществляется в следующем порядке. Замкнув обмотку возбуждения на сопротивление r (рис. 4.9), подключают к сети обмотку статора. Вращающееся поле статора наводит в пусковой обмотке э. д. с., которые создают в стержнях обмотки токи. В результате взаимо­действия этих токов с вращающимся полем статора образуется вращающий момент, который приводит ротор двигателя во вращение. Таким образом, в период пуска синхронный двигатель работает как асин­хронный (см. § 8.4). Рассмотренный способ пуска в ход синхронного двигателя называется асинхронным. После того как частота вращения ротора достигнет величины, близкой к синхронной обмотку возбуждения подключают к источнику постоянного тока, а возбужденный ротор втягивается в синхронизм – двигатель начинает работать как синхронный.

Максимальный момент сопротивления (нагрузки), при котором ротор еще втягивается в синхронизм, называется моментом входа двигателя в синхронизм М_ВХ.

Рис. 4.9. Схема включения синхронного двигателя при асинхронном пуске

Следует обратить внимание на то, что в процессе асинхронного пуска двигатель должен быть невозбужденным. В противном случае магнитный поток возбуждения наведет в обмотке статора э. д. с., которая создаст ток. Взаимодействие последнего с полем ротора образует тормозящий момент (см. рис. 13.10), ухудшающий пусковые свойства синхронных двигателей с постоянными магнитами (см. § 13.5). Кроме того, в процессе пуска двигателя нельзя оставлять разомкнутой обмотку возбуждения, так как вращающееся поле статора в начальный момент пуска наводит в обмотке возбуждения э. д. с., величина которой может оказаться опасной для изоляции обмотки. Для предотвращения этого обмотку возбуждения перед пуском двигателя в ход замыкают на активное сопротивление r, примерно в десять раз большее сопротивления обмотки возбуждения.

Величина пускового момента при асинхронном пуске зависит его активного сопротивления пусковой обмотки (см. § 8.9).

Кроме рассмотренного асинхронного пуска, синхронные двига­тели могут быть пущены в ход еще двумя способами: с помощью вспомогательного (разгонного) двигателя и плавным повышением частоты тока – частотный пуск.

В первом случае ротор синхронного двигателя разгоняется до частоты вращения, близкой к синхронной, вспомогательным двигателем, который после входа синхронного двигателя в синхронизм отключается от сети.

Во втором случае частота вращения ротора двигателя посте­пенно доводится до синхронной путем плавного повышения часто­ты питающего напряжения f ₁ от нуля до номинальной.

Оба последних способа пуска на практике применяются сравнительно редко.

Источник

Синхронные двигатели получили широкое распространение в промышленности для электроприводов, работающих с постоянной скоростью (компрессоров, насосов и т. д.). В последнее время, вследствие появления преобразовательной полупроводниковой техники, разрабатываются регулируемые синхронные электроприводы.

Достоинства синхронных электродвигателей

Синхронный двигатель несколько сложнее, чем асинхронный, но обладает рядом преимуществ, что позволяет применять его в ряде случаев вместо асинхронного.

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.

Способы пуска синхронного электродвигателя

Возможны следующие способы пуска синхронного двигателя: асинхронный пуск на полное напряжение сети и пуск на пониженное напряжение через реактор или автотрансформатор.

Пуск синхронного двигателя осуществляется как пуск асинхронного. Собственный пусковой момент синхронной машины мал, а у неявнополюсной равен нулю. Для создания асинхронного момента ротор снабжается пусковой беличьей клеткой, стержни которой закладываются в пазы полюсной системы. (В явнополюсном двигателе стержни между полюсами, естественно, отсутствуют.) Эта же клетка способствует повышению динамической устойчивости двигателя при набросах нагрузки.

За счет асинхронного момента двигатель трогается и разгоняется. Ток возбуждения в обмотке ротора при разгоне отсутствует. Машина пускается невозбужденной, так как наличие возбужденных полюсов осложнило бы процесс разгона, создавая тормозной момент, аналогичный моменту асинхронного двигателя при динамическом торможении.

В синхронных двигателях трудно одновременно обеспечить необходимые значения пускового момента и входного момента под которым понимают асинхронный момент, развиваемый при достижении скоростью 95% синхронной. В соответствии с характером зависимости статического момента от скорости, т.е. в соответствии с типом механизма, для которого предназначен двигатель, на электромашиностроительных заводах приходится варьировать параметры пусковой клетки.

В противном случае под действием токов, наводимых в обмотке при пуске, возникает пульсирующий магнитный поток, обратная составляющая которого, взаимодействуя с токами статора, создает тормозной момент. Этот момент достигает максимального значения при скорости, несколько превышающей половину номинальной, и под его влиянием двигатель может приостановить разгон на этой скорости. Оставлять на время пуска цепь возбуждения разорванной опасно, так как возможно повреждение изоляции обмотки индуцируемыми в ней ЭДС.

Асинхронный пуск синхронного электродвигателя

Схема возбуждения синхронного двигателя с глухоподключенным возбудителем довольно проста и может применяться в том случае, если пусковые токи не вызывают падения напряжения в сети больше допустимого и статистический момент нагрузки Мс

Асинхронный пуск синхронного двигателя производится присоединением статора к сети. Двигатель разгоняется как асинхронный до скорости вращения, близкой к синхронной.

В процессе асинхронного пуска обмотка возбуждения замыкается на разрядное сопротивление, чтобы избежать пробоя обмотки возбуждения при пуске, так как при малой скорости ротора в ней могут возникнуть значительные перенапряжения. При скорости вращения, близкой к синхронной, срабатывает контактор КМ (цепь питания контактора на схеме не показана), обмотка возбуждения отключается от разрядного сопротивления и подключается к якорю возбудителя. Пуск заканчивается.

Тиристорные возбудители синхронных электродвигателей более надежны и имеют более высокий к.п.д. по сравнению с электромашинными возбудителями. С их помощью легко решаются вопросы оптимального регулирования тока возбуждения для поддержания постоянства cos фи, напряжения на шинах, от которых питается синхронный двигатель, а также ограничение токов ротора и статора синхронного двигателя в аварийных режимах.

Тиристорными возбудителями комплектуется большинство выпускаемых крупных синхронных электродвигателей. Они выполняют обычно следующие функции:

Если пуск синхронного электродвигателя производится на пониженное напряжение, то при «легком» пуске возбуждение подается до включения обмотки статора на полное напряжение, а при «тяжелом» пуске подача возбуждения происходит при полном напряжении в цепи статора. Возможно подключение обмотки возбуждения двигателя к якорю возбудителя последовательно с разрядным сопротивлением.

Процесс подачи возбуждения синхронному двигателю автоматизируется двумя способами: в функции скорости и в функции тока.

Система возбуждения и устройство управления синхронных двигателей должны обеспечивать:

На схеме, приведенной на рисунке, подача возбуждения синхронному двигателю осуществляется с помощью электромагнитного реле постоянного тока КТ (реле времени с гильзой). Катушка реле включается на разрядное сопротивление Rразр через диод VD. При подключении обмотки статора к сети в обмотке возбуждения двигателя наводится ЭДС. По катушке реле КТ проходит выпрямленный ток, амплитуда и частота импульсов которого зависят от скольжения.

При пуске скольжение S = 1. По мере разгона двигателя оно уменьшается и интервалы между выпрямленными полуволнами тока возрастают; магнитный поток постепенно снижается по кривой Ф(t).

При скорости, близкой к синхронной, магнитный поток реле успевает достигнуть значения потока отпадания реле Фот в момент, когда через реле КТ ток не проходит. Реле теряет питание и своим контактом создает цепь питания контактора КМ (на схеме цепь питания контактора КМ не показана).

Рассмотрим контроль подачи возбуждения в функции тока с помощью реле тока. При пусковом токе срабатывает реле тока КА и размыкает свой контакт в цепи контактора КМ2.

График изменения тока и магнитного потока в реле времени КТ

При скорости, близкой к синхронной, реле КА отпадает и замыкает свой контакт в цепи контактора КМ2. Контактор КМ2 срабатывает, замыкает свой контакт в цепи возбуждения машины и шунтирует резистор Rразр.

Источник

Видео

Пуск синхронных двигателей

Синхронные двигатели, Принцип действия и асинхронный пуск синхронного двигателя

Синхронный двигатель. Устройство, принцип работы, подключение, применение

Принцип работы синхронного электродвигателя

Пуск синхронного двигателя 6000 В.

Синхронный и асинхронный двигатели. Отличия двигателей

Электромагнитное возбуждение синхронных двигателей

Пуск асинхронного двигателя. Прямой пуск, звезда/треугольник, УПП, ПЧ. В чем разница?

Способы пуска трехфазных асинхронных двигателей

1.4. Особенности пуска синхронных машин различного назначения.

Асинхронный пуск синхронного двигателя и его схема

Конструктивное и техническое построение синхронных электродвигателей обуславливает особенности в их функционировании и использовании. Одно из основных отличий машин этого типа состоит в невозможности их запуска при подключении напрямую к питающей сети.

Синхронные двигатели, также как и асинхронные машины, относятся к электроприводам переменного тока, преобразующим электроэнергию в механическое перемещение вала. Ввиду иного принципа действия существует ряд обязательных условий для корректной работы и эксплуатации. Одним из таких требований является запуск электрооборудования.

Назначение и конструктивное исполнение

Прежде чем перейти к подробному рассмотрению процесса запуска синхронного двигателя (СД) не лишним будет кратко повторить основные аспекты теории. Что такое СД, как взаимодействуют его элементы, какие виды бывают и почему этот тип эл/приводов так называют. После этого можно рассмотреть способы пуска.

Синхронный двигатель (СД) – электрооборудование, работа которого обеспечивается электродвижущей силой, возникающей при взаимодействии магнитных полей статорного и роторного механизма. Этот принцип является основополагающим для конструирования электромоторов разных видов. Несмотря на единый подход, приводное оборудование имеет свои отличия.

Главная особенность заключается в конструкции подвижного механизма и принципе его вращения. В зависимости от требуемой мощности ротор может:

• содержать постоянные магниты и быть инициатором магнитоэлектрического возбуждения;
• представлять собой электромагниты, инициирующие электромагнитное возбуждение.

Первый вариант применяется для электромашин небольшой мощности. Постоянные магниты изготавливаются из магнитотвердых материалов, способных сохранять состояние намагниченности. Они могут иметь как встроенное, так и поверхностное расположение на роторе.

Второй вид исполнения роторного блока предполагает устройство ферромагнитного сердечника с электрообмоткой. При нахождении под напряжением такая система является источником магнитного потока, взаимодействующего с полем статора.

Определение синхронизма, то есть одинаковости, основано на равенстве частоты оборотов ротора и магнитного поля статора. В этом состоит ключевое отличие принципа действия электрооборудования, определяющее его технические возможности, особенности эксплуатации и область применения. Этот же фактор напрямую влияет на пуск синхронных двигателей.

Аспекты запуска

Принцип работы СД накладывает ряд требований, без выполнения которых не только плавный пуск, но и сам запуск синхронного эл/мотора невозможен. В СД вращающееся поле создается трехфазным током в цепях статора.

При этом мощность, развиваемая на валу электродвигателя, компенсируется мощностью, поступающей из питающей сети.

То есть взаимодействием тока статорного устройства с полем роторного механизма инициируется возникновение крутящего момента.

Как уже упоминалось, скорости ротора и поля статорного узла синхронны. При возникновении разницы в какой-то период времени полюса роторно-статорного механизма расположатся друг напротив друга.

В результате магнитная связь нарушится, поскольку одноименные полюса будут отталкиваться. Ротор перестанет испытывать действие крутящего момента и остановится.

Поэтому обеспечение одновременности вращения для синхронного двигателя является основополагающим условием его функционирования.

Но осуществление самостоятельного пуска в работу с прямым сетевым подключением невозможен.

Роторный механизм по причине своей инерционности не способен быстро достичь частоты поля статора, тогда как вращение последнего устанавливается одновременно с подключением к сети электропитания.

Поэтому между полюсами возбужденного роторного узла и вращающегося поля устойчивая связь, создающая вращающий момент, не возникает.

Методы включения

Исходя из того, что прямой пуск невозможен, включение в рабочий процесс синхронного двигателя осуществляется с выполнением дополнительных мероприятий. Вне зависимости от способов пуска в действие электропривода суть каждого заключается в предварительном приведении подвижной части в движение с оборотами, близкими к частоте основного поля.

При пуске поток настолько медленно перемещается относительно магнитных центров крутящегося вала, что при подключении возбуждающей электрообмотки к источнику питания между роторными полюсами и полем статора устанавливается магнитная связь. Именно она обеспечивает возникновение одинакового электромагнитного момента. Под его действием вал электромотора втягивается в синхронизм.

Существуют несколько способов пуска синхронных двигателей. Практическое применение получили три из них:

• посредством вспомогательного электрооборудования;
• асинхронный, в том числе автотрансформаторный и реакторный пуск;
• частотный пуск синхронного двигателя.

Каждая схема пуска синхронного двигателя имеет свои достоинства и недостатки относительно сложности конструктивного и технического исполнения, финансовых затрат, габаритов приводных узлов. Поэтому там, где оптимальным будет, например, реакторный пуск, более дорогостоящий частотный разумнее не применять. Какой способ станет оптимальным, зависит от множества факторов.

Пуск и остановка синхронного двигателя должны выполняться с соблюдением определенной последовательности действий и условий. Поэтому для снижения риска выхода из строя электропривода на старте предусматривается система защиты синхронного двигателя от затянувшегося включения. А на стадии остановки соблюдают следующий алгоритм:

• снижают ток возбуждения до величины равной минимальным токовым параметрам статора;
• отключают статорный узел;
• размыкают возбуждающую электроцепь.

Отклонение от этой последовательности чревато скачком токовых величин в статоре, перенапряжениям и, как следствие, нарушением целостности изоляции.

Старт при помощи вспомогательного оборудования

Пуск в ход синхронного двигателя с дополнительным приводом аналогичен процессу включения синхронного генератора на параллельную работу.

Фактически запуск осуществляется с помощью вспомогательного (разгонного) электромотора.

При этом вал возбужденного электродвигателя приводится во вращение, разгоняется до требуемой частоты и через синхронизирующее устройство подключается к электросети. Затем вспомогательный привод отключается.

Подобный способ пуска предусматривает использование машины значительно меньшей мощности, составляющей 5-15% от мощности СД.

Применение пускового электропривода большей несущей способности, достаточной для разгона нагруженного мотора, нерационально с точки зрения громоздкости и экономичности.

Поэтому этим методом осуществляется пуск эл/двигателей или без нагрузки или при ее незначительной величине.

Процесс пуска синхронного двигателя выполняется асинхронным мотором с фазным ротором с числом полюсов на два меньше, по сравнению с их количеством у СД.

Это необходимо для разгона вала приводимого механизма до требуемых оборотов. Регулирование скорости асинхронной машины обеспечивают регулировочным реостатом.

На практике этот способ пуска применяют только для мощных машин, т.к. такой тип привода для моторов, например, 6кв не рационален.

Асинхронный запуск

Наиболее распространенным способом пуска является метод с использованием пусковых короткозамкнутых (демпферных) электроповодников, расположенных в пазах полюсных элементов. Электрообмотки выполнены в виде латунных или металлических стержней, которые с двух сторон замыкают медными кольцами (на рисунке позиция «б»).

При пуске обмотку возбуждения (ОВ) замыкают на резистор, а цепь статора подключают к сети электропитания (поз. «а»). Вращающееся поле статорного устройства индуцирует в стержнях ЭДС, вследствие чего в них возникают токи. При их взаимодействии с магнитным потоком статора на каждый стержень действует электромагнитная сила Fэм, вызывающая вращение.

После достижения предсинхронной скорости, ОВ подключается к источнику постоянного питания. Образующийся момент разгоняет ротор электродвигателя до синхронизма. В это время в пусковой цепи больше не наводится ЭДС, поэтому асинхронный момент равен нулю. Затем демпферная КЗ-электрообмотка осуществляет лишь успокоительную функцию, ограничивая возможные колебания вала.

Процесс пуска синхронного двигателя должен производиться при замкнутой ОВ на активное электросопротивление, величина которого должна быть ориентировочно в десятикратном размере больше электросопротивления возбуждающей электроцепи.

При этом замыкание ОВ накоротко в период разгона нежелательно, поскольку на роторе формируется замкнутый контур, создающий асинхронный момент. При половинной предсинхронной скорости, момент превращается в тормозящий и происходит определенное торможение синхронного двигателя.

Имеет место, так называемый, «провал» в моментной величине, значительно снижающий пусковые качества СД.

Существуют и другие ограничения и особенности пуска с использованием КЗ-обмоток. Это связано с возникновением на старте большого пускового тока.

В связи с этим СД подключаются к сети переменного тока только при ее соответствующей мощности, выдерживающей пяти- и семикратные превышения токовых нагрузок относительно номинальных значений эл/мотора.

При недостаточной мощности электросети для ограничения скачков тока включение в работу осуществляется с помощью пониженного напряжения. Такие способы пуска носят название автотрансформаторный или реакторный пуск.

Реакторы и автотрансформаторы обеспечивают принудительное снижение быстроты нарастания тока и его величины в рабочих обмотках. Реакторный пуск предусматривает установку реакторов в каждую цепь питания фазной электроцепи СД.

В связи с этим токовые значения не вырастают скачкообразно и включение получается более плавным, чем прямой пуск.

При разгоне электрооборудования до предсинхронных оборотов выключатель К1 выводит индуктивный компонент из электроцепи и эл/привод работает в штатном режиме.

Частотное включение

Частотный пуск синхронного двигателя выполняется посредством пониженного напряжения с небольшой токовой частотой. Это возможно при наличии источника питания, способного регулировать частоту под требуемые параметры. В этом случае скорость магнитного потока также будет невелика, и полюса роторного узла будут вращаться вместе с ним.

По мере того, как скорости становятся одинаковыми, стартовую частоту питающего тока постепенно увеличивают, разгоняя ротор до номинального значения. Такой способ пуска считается мягким, обеспечивающим плавный пуск. Его недостатком является необходимость в источнике питания регулируемой частоты и напряжения.

Современный частотный пуск синхронного двигателя реализуется на базе схем на полупроводниковых элементах – тиристорных преобразователях.

Они снижают характер изменения напряжения, практически не меняя действующее значение.

Такой способ пуска в системах автоматики обеспечивает сокращение времени на разгон, что положительно отражается на производительности автоматизированных систем, но в то же время требует более сложной схемы включения.

Защита электродвигателя на старте

Система защиты синхронного двигателя от затянувшегося включения предназначена для снижения негативного влияния чрезмерно высокого момента, возникающего, когда СД запускается. Причина возникновения больших моментных величин состоит в недостаточном возбуждении или его отсутствии в эл/двигателе во время старта. Схема защиты предусматривает применение:

• реле нулевого тока, осуществляющего контролирование токовой нагрузки при возбуждении;
• реле времени, отсчитывающего длительность нормального старта.

Система защиты синхронного двигателя от затянувшегося включения срабатывает, когда величина тока возбуждения в эл/моторе не достигла достаточного уровня за время, соответствующее нормальному старту.

В этом случае защитная система от затянувшегося пуска прерывает процесс включения, отключая питание статора.

Подобная схема защиты относится к категории специальных функций электроприводов, одновременно с защитой от обрыва электрообмотки, превышения скорости, перенапряжения и др.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Асинхронный РїСѓСЃРє СЃРёРЅС…СЂРѕРЅРЅРѕРіРѕ двигателя РІ С…РѕРґ ( СЃРј. В§ 59 — 4) осуществляется СЃ помощью короткозамкнутой демпферной ( РїСѓСЃРєРѕРІРѕР№) обмотки, располагающейся РІ пазах полюсных наконечников.  [2]

Асинхронный РїСѓСЃРє синхронных двигателей РІ настоящее время является основным.  [3]

Асинхронный РїСѓСЃРє синхронных двигателей РїСЂРё полном напряжении РЅР° обмотке статора сопровождается значительным увеличением потребляемого РёР· сети тока РґРѕ величин РїРѕСЂСЏРґРєР° / Рї ( 3 — f — — С‚ — 6) / РЅРѕРј, РіРґРµ нижний предел соответствует тихоходным, Р° верхний предел.  [5]

Асинхронный РїСѓСЃРє СЃРёРЅС…СЂРѕРЅРЅРѕРіРѕ двигателя РІ С…РѕРґ ( СЃРј. В§ 59 — 4) осуществляется СЃ помощью короткозамкнутой демпферной ( РїСѓСЃРєРѕРІРѕР№) обмотки, располагающейся РІ пазах полюсных наконечников.  [7]

Асинхронный РїСѓСЃРє СЃРёРЅС…СЂРѕРЅРЅРѕРіРѕ двигателя РІ С…РѕРґ ( СЃРј. В§ 19 — 19) осуществляется СЃ помощью короткозамкнутой ( РїСѓСЃРєРѕРІРѕР№) обмотки, располагающейся РІ пазах полюсных наконечников.  [9]

Асинхронный РїСѓСЃРє СЃРёРЅС…СЂРѕРЅРЅРѕРіРѕ двигателя осуществляется РїСЂРё помощи специальной короткозамкнутой обмотки, уложенной РІ полюсных наконечниках ротора. Синхронный двигатель, снабженный такой обмоткой, запускается так же, как короткозамкнутый асинхронный двигатель.  [11]

Асинхронный пуск синхронных двигателей большой мощности сопровождается значительным броском тока и соответствующим ему понижением напряжения питающей сети.

В случае необходимости ограничения бросков тока пуск синхронных двигателей иногда производится при пониженном напряжении.

Для этого статор двигателя подключают к сети через реактор или автотрансформатор, шунтируемые затем по завершении пуска особыми выключателями.

Р’ этой СЃРІСЏР·Рё различают схемы легко Рі Рѕ Рё тяжелого РїСѓСЃРєР° синхронных двигателей.  [12]

РђСЃРёРЅС…СЂРѕРЅРЅРѕРјСѓ РїСѓСЃРєСѓ синхронных двигателей свойственны те же недостатки, что Рё РїСѓСЃРєСѓ асинхронных короткозамкнутых двигателей, главным РёР· которых является большой РїСѓСЃРєРѕРІРѕР№ ток. Управление РїСѓСЃРєРѕРј синхронных двигателей РІ современных установках обычно автоматизируется.  [13]

Начинается асинхронный РїСѓСЃРє СЃРёРЅС…СЂРѕРЅРЅРѕРіРѕ двигателя РЎР”; напряжение возбудителя Р’ РїРѕ мере разгона двигателя увеличивается, Рё, следовательно, нарастает его ток возбуждения; РїСЂРё достижении РїРѕРґСЃРёРЅС…СЂРѕРЅРЅРѕР№ частоты вращения ротор двигателя РїРѕРґ действием РІС…РѕРґРЅРѕРіРѕ момента втягивается РІ СЃРёРЅС…СЂРѕРЅРёР·Рј. РўРѕРє возбуждения двигателя регулируется реостатом РЁР , установленным РЅР° пульте.  [14]

Начинаете асинхронный РїСѓСЃРє СЃРёРЅС…СЂРѕРЅРЅРѕРіРѕ двигателя РњРЎ; напряжение РІРѕ; будителя Р’Рњ РїРѕ мере разгона двигателя нарастает Рё, следов телыго, нарастает его ток возбуждения; РїСЂРё достижении РїРѕ; СЃРёРЅС…СЂРѕРЅРЅРѕР№ скорости ротор двигателя РїРѕРґ действием РІС…РѕРґРЅРѕРі момента втягивается РІ СЃРёРЅС…СЂРѕРЅРёР·Рј. РўРѕРє возбуждения двигател регулируется реостатом РЁР , установленным.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Типовые схемы пуска синхронных электродвигателей

На сегодняшний день использование синхронных двигателей получило широкое распространение в сфере производства оборудования, работающего с постоянной скоростью, которое применяется в разных сферах человеческой деятельности. В связи с этим, существует несколько способов запуска синхронных электродвигателей, наиболее распространенные варианты которых будут представлены ниже.

Способы пуска синхронного электродвигателя

Способы пуска синхронного электродвигателя достаточно сложны, в этом заключается один из основных недостатков электродвигателей данного типа. Запуск синхронных электродвигателей осуществляется либо посредством воздействия вспомогательного пускового двигателя, либо с помощью асинхронного пуска. Рассмотрим каждый из способов в отдельности.

Асинхронный пуск синхронного электродвигателя

Асинхронный пуск синхронного электродвигателя предполагает расположение дополнительной короткозамкнутой обмотки в полюсных наконечниках полюсов ротора. Это необходимо, чтобы обеспечить во время пуска вывод чрезмерно большой Э.Д.С.

, образующейся в обмотке (1), что является возможным благодаря замыканию рубильника (2) на соединение (3).

Благодаря тому, что магнитное поле, возникающее в результате включения напряжения трехфазной сети в обмотке статора (4), пересекает короткозамкнутую обмотку (пусковую обмотку), находящуюся в полюсных наконечниках ротора, индуктируются токи.

Действие этих токов в сочетании с вращающимся полем статора, запускают во вращение ротор, который постепенно набирает обороты. Достигнув 95-97% количества оборотов рубильник (2) ротора переходит в состояние, которое вынуждает обмотку ротора включить сеть постоянного напряжения.

Асинхронный пуск синхронного электродвигателя не лишен недостатков, точнее сказать, недостатка, которым является большой пусковой ток, который по значению может превышать в 7 раз рабочий ток.

Столь высокое значение пускового тока является причиной падения напряжения в сети, что негативно сказывается на функционировании других потребителей энергии.

Одним из наиболее распространенных вариантов решения упомянутого недостатка является использование автотрансформатора для понижения напряжения, а также использование тиристорных возбудителей для пуска синхронных электродвигателей, которые отличаются высоким К.П.Д. Именно высокое значение К.П.Д.

во многом определило выбор тиристорных возбудителей в качестве комплектов большей части выпускаемых синхронных электродвигателей крупных размеров. К тому же, применение тиристорных возбудителей позволяет автоматизировать процесс подачи возбуждения синхронному двигателю.

Автоматизация может быть реализована 2-мя способами: подача возбуждения синхронному двигателю в функции скорости и подача возбуждения синхронному двигателю в функции тока. При этом контроль подачи возбуждения синхронному двигателю в функции тока осуществляется с помощью реле тока.

На сегодняшний момент именно асинхронный пуск синхронных двигателей получил наибольшее распространение, так как его достаточно просто реализовать, а работает он крайне надежно.

Пуск синхронного двигателя при помощи вспомогательного двигателя

Пуск синхронного двигателя при помощи вспомогательного двигателя предполагает запуск синхронного электродвигателя благодаря работе другого двигателя, работа которого позволяет ротору синхронного двигателя развернуть полюса, осуществляя дальнейшее вращение совершенно самостоятельно.

Чтобы запуск произошел, нужно создать условия, при которых количество пар полюсов асинхронного двигателя было бы меньше количества пар полюсов синхронного двигателя.

Порядок запуска синхронного двигателя предполагает включение рубильника (3), пуск вспомогательного асинхронного двигателя (2), осуществляющего разворот ротора синхронного двигателя (1) до скорости, которая соответствует скорости поля статора. Далее включаются полюсы ротора после включения рубильника (4).

При включении синхронного двигателя в сеть трехфазного тока, требуется синхронизация, осуществляемая реостатом (5). Реостат организует возбуждение, позволяющее установить напряжение обмотки статора, определяемое вольтметром V, равное напряжению в сети, которое указывает вольтметр V1.

При разомкнутом рубильнике лампы (6), расположенные параллельно ножам рубильника (7), буду мигать.

По мере того, как будет меняться скорость ращения вспомогательного асинхронного двигателя, лампы будут постепенно начинать мигать все реже, пока все они не погаснут в раз.

Это сигнал того, что синхронный двигатель пора включать в сеть трехфазного тока рубильником (7). Так как ротор двигателя далее может вращаться без помощи, то вспомогательный двигатель (2) пора отключать от сети посредством рубильника (3).

Это сложная процедура, являющаяся самым главным недостатком такого варианта асинхронного электродвигателя, что определяет крайне редкие случаи ее практической реализации.

Для оформления заказа позвоните менеджерам компании Кабель.РФ® по телефону +7 (495) 646-08-58 или пришлите заявку на электронную почту [email protected] с указанием требуемой модели электродвигателя, целей и условий эксплуатации. Менеджер поможет Вам подобрать нужную марку с учетом Ваших пожеланий и потребностей.  

Пуск синхронного двигателя

Синхронный двигатель непосредственным включением обмотки статора (якоря) в сеть переменного тока не может быть запущен в ход.

Объясняется это следующим образом. При включении многофазной обмотки якоря в сеть практически мгновенно образуется вращающееся магнитное поле, частота вращения которого nп зависит oт частоты f протекающего по обмоткам тока (nп=60f/р).

«Полюсы» этого поля, перемещаясь в пространстве, будут взаимодействовать то с одноименными, то с разноименными полюсами неподвижного, возбужденного ротора. В соответствии с этим будет меняться направление вращающего момента, действующего на ротор.

В течение половины периода изменения тока в обмотках момент будет направлен в одну сторону, а в течение другой половины — в противоположную.

Пуск мог бы произойти, если бы ротор разогнался до установившейся скорости в течение полупериода, когда вра­щающий момент не меняет свой знак. При частоте 50 Гц полупериод равен 0,01 с. Из-за механической инерции за такое время роторы практически всех синхронных двигателей развернуться не смогут.

Существует несколько способов пуска двигателя. Эти способы заключаются в том, что в процессе пуска ротор двигателя разгоняется до скорости вращающегося поля, после чего двигатель входит в синхронизм и начинает работать как синхронный. Применение получили пуск с помощью разгонного двигателя, частотный пуск и асинхронный пуск. Наибольшее распространение имеет асинхронный пуск.

Пуск с помощью разгонного двигателя состоит в том, что посторонним (разгонным) двигателем ротор синхронной машины разворачивается до номинальной скорости. Обмотка возбуждения включена в сеть постоянного тока, а обмотка статора разомкнута. Затем производят включение ее на параллельную работу с сетью.

После подключения машины к сети разгонный двигатель механически отсоединяют от вала синхронной машины, и последняя переходит в двигательный режим. Мощность разгонного двигателя невелика и составляет 10—20 % номинальной мощности синхронного двигателя.

Эта мощность покрывает мощность механических и магнитных потерь в синхронном двигателе.

Частотный пуск применяется в том случае, если синхронный двигатель подключен к автономному источнику, часто­ту напряжения которого можно изменять от нуля до номинальной.

Если плавно повышать частоту питающего напря­жения, то соответственно будет увеличиваться скорость магнитного поля. Ротор, следуя за полем, постепенно будет повышать свою скорость от нуля до номинальной.

В процессе пуска машина все время работает в синхронном режиме.

Асинхронный пуск аналогичен пуску асинхронного двигателя. Для этого на роторе в полюсных наконечниках размещают пусковую обмотку. Эта обмотка выполняется по типу короткозамкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя и имеет то же устройство, что и демпферная обмотка генератора. При пуске трехфазная обмотка статора включается в сеть.

Ток, который будет протекать по этой обмотке, создаст вращающееся магнитное поле. Оно наведет в пусковой обмотке ротора ЭДС и ток. В результате взаимодействия тока пусковой обмотки ротора с вращающимся магнитным полем образуется момент, под действием которого ротор придет во вращение и развернется до ско­рости, близкой к скорости поля ω1.

Вращение его будет происходить со скольжением, которое зависит от нагрузки на валу (ω

Принцип работы синхронного двигателя

В целом, электрический двигатель представляет собой электромеханическое устройство, которое преобразовывает электрическую энергию в механическую.

По типу подключения двигатели бывают однофазные и 3-х фазные. Среди 3-х фазных двигателей наиболее распространенными являются индукционные (асинхронные) и синхронные электродвигатели.

Когда в 3-х фазном двигателе электрические проводники располагаются в определенном геометрическом положении (под определенным углом относительно друг друга), возникает электрическое поле. Образованное электромагнитное поле вращается с определенной скоростью, которая называется синхронной скоростью.

Если в этом вращающемся магнитном поле присутствует электромагнит, он магнетически замыкается с этим вращающимся полем и вращается со скоростью этого поля. Фактически, это нерегулируемый двигатель, поскольку он имеет всего одну скорость, которая является синхронной, и никаких промежуточных скоростей там быть не может. Другими словами, он работает синхронно с частотой сети.

Ниже дана формула синхронной скорости:

Ns = 120F/p

Строение синхронного двигателя

Его строение практически аналогично 3-фазному асинхронному двигателю, за исключением того факта, что на ротор подается источник постоянного тока.

На рисунке показано устройство этого типа двигателя. На статор подается 3-х фазное напряжение, а на ротор – источник постоянного тока.

Основные свойства синхронных двигателей:

• Синхронные электродвигатели не являются самозапускающимся механизмом. Они требуют определенного внешнего воздействия, чтобы выработать определенную синхронную скорость.
• Двигатель работает синхронно с частотой электрической сети. Поэтому при обеспечении бесперебойного снабжения частоты он ведет себя так, как двигатель с постоянной скоростью.
• Этот двигатель имеет уникальные характеристики, функционируя под любым коэффициентом мощности. Поэтому они используются для увеличения фактора силы.

Видео: Строение и принцип работы синхронного двигателя

//www.youtube.com/embed/5k3sXBMBKEw?feature=player_detailpage

Принципы работы синхронного двигателя

Электронно-магнитное поле синхронного двигателя обеспечивается двумя электрическими вводами. Это обмотка статора, которая состоит из 3-х фаз и предусматривает 3 фазы источника питания и ротор, на который подается постоянный ток.

3 фазы обмотки статора обеспечивают вращение магнитного потока. Ротор принимает постоянный ток и производит постоянный поток.

При частоте 50 Гц 3-х фазный поток вращается около 3000 оборотов в 1 минуту или 50 оборотов в 1 секунду.

В определенный момент полюса ротора и статора могут быть одной полярности (++ или – – ), что вызывает отталкивания ротора. После этого полярность сразу же меняется (+–), что вызывает притягивание.

Но ротор по причине своей инерции не в состоянии вращаться в любом направлении из-за силы притяжения или силы отталкивания и не может оставаться в состоянии простоя. Он не самозапускающийся.

Чтобы преодолеть инерцию силы, необходимо определенное механическое воздействие, которое вращает ротор в том же направлении, что и магнитное поле, обеспечивая необходимую синхронную скорость. Через некоторое время происходит замыкание магнитного поля, и синхронный двигатель вращается с определенной скоростью.

Способы запуска

• Пуск синхронного двигателя при помощи вспомогательного двигателя. Синхронный двигатель механически соединяется с другим двигателем. Это может быть либо 3-х фазный индукционный двигатель, либо двигатель постоянного тока. Постоянный ток изначально не подается. Двигатель начинает вращаться со скоростью, близкой к синхронной скорости, после чего подается постоянный ток. После того, как магнитное поле замыкается, связь со вспомогательного двигателя прекращается.
• Асинхронный пуск. В полюсных наконечниках полюсов ротора устанавливается дополнительная короткозамкнутая обмотка. При включении напряжения в обмотку статора возникает вращающееся магнитное поле. Пересекая короткозамкнутую обмотку, которая заложена в полюсных наконечниках ротора, это вращающееся магнитное поле индуцирует в ней токи, который взаимодействуя с вращающимся полем статора, приводят ротор во вращение. Когда достигнута синхронная скорость, ЭДС и крутящийся момент уменьшается. И наконец, когда магнитное поле замыкается, крутящий момент также сводится к нулю. Таким образом, синхронность вначале запускается индукционным двигателем с использованием дополнительной обмотки.

• Синхронный двигатель используется для улучшения коэффициента мощности. Синхронные двигатели широко применяются в энергосистеме, поскольку они работают при любом коэффициенте мощности и имеют экономичные эксплуатационные показатели.
• Синхронные двигатели находят свое применение там, где рабочая скорость не превышает 500 об / мин и требуется увеличить мощность. Для энергетической потребности от 35 кВт до 2500 кВт, стоимость, размер, вес и соответствующего индукционного двигателя будет довольно высоким. Такие двигатели часто используются для работы поршневых насосов, компрессоров, прокатных станков и другого оборудования.

Отличие от асинхронного мотора

Главное отличие синхронной машины заключается в том, что скорость вращения якоря такая же, как и аналогичная характеристика магнитного потока.

И если в асинхронных моторах используется короткозамкнутый ротор, то в синхронных имеется на нем проволочная обмотка, к которой подводится переменное напряжение.

В некоторых конструкциях используются постоянные магниты. Но это делает двигатель дороже.

Если увеличивать нагрузку, подключаемую к ротору, частота вращения его не изменится. Это одна из ключевых особенностей такого типа машин.

Обязательное условие – у движущегося магнитного поля должно быть столько же пар полюсов, сколько у электромагнита на роторе.

Именно это гарантирует постоянную угловую скорость вращения этого элемента двигателя. И она не будет зависеть от момента, приложенного к нему.

Конструкция мотора

Устройство и принцип действия синхронных двигателей несложны.

Конструкция включает в себя такие элементы:

1. Неподвижная часть – статор. На ней находится три обмотки, которые соединяются по схеме «звезда» или «треугольник». Статор собран из пластин электротехнической стали с высокой степенью проводимости.
2. Подвижная часть – ротор. На нем тоже имеется обмотка. При работе на нее подается напряжение.

Между ротором и статором имеется прослойка воздуха. Она обеспечивает нормальное функционирование двигателя и позволяет магнитному полю беспрепятственно воздействовать на элементы агрегата. В конструкции присутствуют подшипники, в которых вращается ротор, а также клеммная коробка, расположенная в верхней части мотора.

Как работает двигатель

Если кратко, принцип действия синхронного двигателя, как и любого другого, заключается в преобразовании одного вида энергии в другой. А конкретно – электрической в механическую. Работает мотор таким образом:

1. На статорные обмотки подается переменное напряжение. Оно создает магнитное поле.
2. На обмотки ротора также подается переменное напряжение, создающее поле. Если используются постоянные магниты, то это поле уже по умолчанию имеется.
3. Два магнитных поля взаимопересекаются, противодействуют друг другу – одно толкает другое. Из-за этого двигается ротор. Именно он установлен на шарикоподшипниках и способен свободно вращаться, дать ему нужно только толчок.

Вот и все. Теперь остается только использовать полученную механическую энергию в нужных целях. Но требуется знать, как правильно вывести в нормальный режим синхронный двигатель. Принцип работы у него отличается от асинхронного. Поэтому требуется придерживаться определенных правил.

Для этого электродвигатель подключают к оборудованию, которое необходимо привести в движение. Обычно это механизмы, которые должны работать практически без остановок – вытяжки, насосы и прочее.

Синхронные генераторы

Обратная конструкция – синхронные генераторы. В них процессы протекают немного иначе. Принцип действия синхронного генератора и синхронного двигателя отличаются, но не существенно:

1. На обмотку статора не подается напряжение. С нее оно снимается.
2. На обмотку ротора подается переменное напряжение, которое необходимо для создания магнитного поля. Потребление электроэнергии крайне маленькое.
3. Ротор электрогенератора раскручивается при помощи дизельного или бензинового двигателя либо же силой воды, ветра.
4. Вокруг ротора имеется магнитное поле, которое двигается. Поэтому в обмотке статора индуцируется ЭДС, а на концах появляется разность потенциалов.

Но в любом случае требуется стабилизировать напряжение на выходе генераторной установки. Для этого достаточно запитать роторную обмотку от источника, напряжение которого постоянно и не изменяется при колебаниях частоты вращения.

Полюсы обмоток двигателя

В конструкции ротора имеются постоянные или электрические магниты. Их обычно называют полюсами. На синхронных машинах (двигателях и генераторах) индукторы могут быть двух типов:

1. Явнополюсными.
2. Неявнополюсными.

Они различаются между собой только взаимным расположением полюсов. Для уменьшения сопротивления со стороны магнитного поля, а также улучшения условий для проникновения потока, используются сердечники, изготовленные из ферромагнетиков.

Эти элементы располагаются как в роторе, так и в статоре. Для изготовления используются только сорта электротехнической стали. В ней очень много кремния. Это отличительная особенность такого вида металла. Это позволяет существенно уменьшить вихревые токи, повысить электрическое сопротивление сердечника.

Воздействие полюсов

В основе конструкции и принципа действия синхронных двигателей лежит обеспечение влияния пар полюсов ротора и статора друг на друга. Для обеспечения работы нужно разогнать индуктор до определенной скорости. Она равна той, с которой вращается магнитное поле статора.

Именно это позволяет обеспечить нормальную работу в синхронном режиме. В момент, когда происходит запуск, магнитные поля статора и ротора взаимно пересекаются. Это называется «вход в синхронизацию». Ротор начинает вращаться со скоростью, как у магнитного поля статора.

Запуск электродвигателей синхронного типа

• Самое сложное в работе синхронного мотора – это его запуск.
• Именно поэтому его используют крайне редко. В
• едь конструкция усложняется за счет системы запуска.
• На протяжении долгого времени работа синхронного двигателя зависела от разгонного асинхронника, механически соединенным с ним.

Что это значит? Второй тип двигателя (асинхронный) позволял разогнать ротор синхронной машины до подсинхронной частоты.

Обычные асинхронники не требуют специальных устройств для запуска, достаточно только подать рабочее напряжение на обмотки статора.

После того, как будет достигнута требуемая скорость, происходит отключение разгонного двигателя. Магнитные поля, которые взаимодействуют в электрическом моторе, сами выводят его на работу в синхронном режиме. Для разгона потребуется другой двигатель.

Его мощность должна составлять примерно 10-15 % от аналогичной характеристики синхронной машины. Если нужно вывести в режим электродвигатель 1 кВт, для него потребуется разгонный мотор мощностью 100 Вт.

Этого вполне достаточно, чтобы машина смогла работать как в режиме холостого хода, так и с незначительной нагрузкой на валу.

Более современный способ разгона

Стоимость такой машины оказывалась намного выше. Поэтому проще использовать обычный асинхронный мотор, пусть и много у него недостатков.

Но именно его принцип работы и был использован для уменьшения габаритов и стоимости всей установки. При помощи реостата производится замыкание обмоток на роторе. В итоге двигатель становится асинхронным.

А запустить его оказывается намного проще – просто подается напряжение на обмотки статора.

Во время выхода на подсинхронную скорость возможно раскачивание ротора. Но это не происходит за счет работы его обмотки. Напротив, она выступает в качестве успокоителя.

Как только частота вращения будет достаточной, производится подача постоянного напряжения на обмотку индуктора. Двигатель выводится в синхронный режим. Но такой способ можно воплотить только в том случае, если используются моторы с обмоткой на роторе.

Если там применяется постоянный магнит, придется устанавливать дополнительный разгонный электродвигатель.

Преимущества и недостатки синхронных моторов

Основное преимущество (если сравнивать с асинхронными машинами) – за счет независимого питания роторной обмотки агрегаты могут работать и при высоком коэффициенте мощности. Также можно выделить такие достоинства, как:

1. Снижается ток, потребляемый электродвигателем, увеличивается КПД. Если сравнивать с асинхронным мотором, то эти характеристики у синхронной машины оказываются лучше.
2. Момент вращения прямо пропорционален напряжению питания. Поэтому даже если снижается напряжение в сети, нагрузочная способность оказывается намного выше, нежели у асинхронных машин. Надежность устройств такого типа существенно выше.

Но вот имеется один большой недостаток – сложная конструкция. Поэтому при производстве и последующих ремонтах затраты окажутся выше.

Кроме того, для питания обмотки ротора обязательно требуется наличие источника постоянного тока. А регулировать частоту вращения ротора можно только с помощью преобразователей – стоимость их очень высокая.

Поэтому синхронные моторы используются там, где нет необходимости часто включать и отключать агрегат.

Строительство синхронного двигателя

Строительство синхронного двигателя

СВЯЗАТЬСЯ

Строительство синхронного двигателя

Тема 61.

Устройство и принцип действия синхронных машин — презентация на Slide-Share.ru 🎓

1

Первый слайд презентации

Тема 61.Устройство и принцип действия синхронных машин

Изображение слайда

2

Слайд 2

Синхронные машины — это бесколлекторные машины переменного тока.
По своему устройству они отличаются от асинхронных машин лишь конструкцией ротора.
Что же касается свойств, то синхронные машины отличаются синхронной частотой вращения ротора ( n 2 = n 1 = const ) при любой нагрузке.

Изображение слайда

3

Слайд 3

Синхронные машины обратимы и могут работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.
Синхронные генераторы составляют основу электротехнического оборудования электростанций, т. е. практически вся электроэнергия вырабатывается синхронными генераторами.
Единичная мощность современных синхронных генераторов достигает миллиона киловатт и более.

Изображение слайда

4

Слайд 4

Синхронные двигатели применяются главным образом для привода устройств большой мощности.
Такие двигатели по своим технико-экономическим показателям превосходят двигатели других типов.
В крупных электроэнергетических установках синхронные машины иногда используются в качестве компенсаторов — генераторов реактивной мощности, позволяющих повысить коэффициент мощности всей установки.

Изображение слайда

5

Слайд 5

Устройство синхронной машины
Синхронные машины независимо от назначения и их использования состоят из двух основных частей: неподвижного статора и вращающегося внутри него ротора.
Ротор и статор разделены воздушным зазором.

Изображение слайда

6

Слайд 6

Статор синхронной машины
Статор трехфазной синхронной машины аналогичен статору трехфазного асинхронного двигателя и содержит шихтованный цилиндрический сердечник с пазами на внутренней поверхности, в которых располагаются фазы трехфазной обмотки статора.
Концы обмотки статора выведены на клеммную панель.

Изображение слайда

7

Слайд 7

Общий вид статора синхронной машины

Изображение слайда

8

Слайд 8

Изображение слайда

9

Слайд 9

Типы роторов синхронной машины
Роторы синхронной машины бывают двух типов:
с явно выраженными полюсами;
с неявно выраженными полюсами.

Изображение слайда

10

Слайд 10

Ротор синхронной машины
Ротор синхронной машины представляет собой электромагнит постоянного тока, который образует магнитное поле, вращающееся вместе с ротором.
На роторе располагается обмотка возбуждения, концы которой через специальные кольца на роторе и неподвижные графитовые щетки подсоединены к источнику постоянного тока, называемому возбудителем.

Изображение слайда

11

Слайд 11

Роторы с явно выраженными полюсами
Роторы с явно выраженными полюсами применяются в сравнительно тихоходных машинах, число оборотов которых не превышает 1000 об/мин.
Такие роторы, например, приводятся в действие тихоходными водяными турбинами ГЭС.
На полюсах такого ротора размещаются катушки обмотки возбуждения.
У синхронных двигателей с таким ротором витки пусковой короткозамкнутой обмотки типа «беличья клетка» закладываются в тело полюсов и по торцам замыкаются кольцами.

Изображение слайда

12

Слайд 12

Устройство явнополюсного ротора

Изображение слайда

13

Слайд 13

Ротор с неявно выраженными полюсами
Ротор с неявно выраженными полюсами обладает повышенной динамической прочностью, так как выполняется из цельной стальной поковки цилиндрической формы.
На внешней поверхности поковки фрезеруются пазы, в которые закладывается обмотка возбуждения.

Изображение слайда

14

Слайд 14

Общий вид неявнополюсного ротора

Изображение слайда

15

Слайд 15

Принцип действия синхронного генератора
При вращении ротора в статоре возникает ЭДС:
С 4
С 4
С 2
С 3
С 6
С 5
С 1
N 2
S 2
Частота перемагничивания статора определяется частотой вращения ротора и числом пар полюсов
Магнитный поток создаётся либо постоянными магнитами, либо электромагнитами, установленными на роторе

Изображение слайда

16

Слайд 16

Для изучения принципа действия синхронного генератора воспользуемся упрощенной моделью синхронной машины. Неподвижная часть машины, называемая статором, представляет собой полый шихтованный цилиндр 1 (сердечник статора) с двумя продольными пазами на внутренней поверхности.
В этих пазах расположены стороны витка 2, являющегося обмоткой статора. Во внутренней полости сердечника статора расположена вращающаяся часть машины — ротор, представляющий собой постоянный магнит 4 с полюсами N и S, закрепленный на валу 3.

Изображение слайда

17

Слайд 17

Изображение слайда

18

Слайд 18

Вал ротора посредством ременной передачи механически связан с приводным двигателем (на рисунке не показан). В реальном синхронном генераторе в качестве приводного двигателя может быть использован двигатель внутреннего сгорания либо турбина.
Под действием вращающего момента приводного двигателя ротор генератора вращается с частотой n 1 против часовой стрелки. При этом в обмотке статора в соответствии с явлением электромагнитной индукции наводится ЭДС, направление которой показано на рисунке стрелками. Так как обмотка статора замкнута на нагрузку Z, то в цепи этой обмотки появится ток i.

Изображение слайда

19

Слайд 19

В процессе вращения ротора магнитное поле постоянного магнита также вращается с частотой n 1, а поэтому каждый из проводников обмотки статора попеременно оказывается то в зоне северного ( N ) магнитного полюса, то в зоне южного ( S ) магнитного полюса.
При этом каждая смена полюсов сопровождается изменением направления ЭДС в обмотке статора. Таким образом, в обмотке статора синхронного генератора наводится переменная ЭДС, а поэтому ток i в этой обмотке и в нагрузке Z также переменный.

Изображение слайда

20

Слайд 20

Тема 62.
Возбуждение синхронных машин

Изображение слайда

21

Слайд 21

Основным способом возбуждения синхронных машин является электромагнитное возбуждение, сущность которого состоит в том, что на полюсах ротора располагают обмотку возбуждения.
При прохождении по этой обмотке постоянного тока возникает МДС возбуждения, которая наводит в магнитной системе машины магнитное поле.

Изображение слайда

22

Слайд 22

До последнего времени для питания обмотки возбуждения применялись специальные генераторы постоянного тока независимого возбуждения называемые возбудителями В, обмотка возбуждения которого (ОВ) получала питание постоянного тока от другого генератора (параллельного возбуждения), называемого подвозбудителем (ПВ).

Изображение слайда

23

Слайд 23

Ротор синхронной машины и якоря возбудителя и подвозбудителя располагаются на общем валу и вращаются одновременно. При этом ток в обмотку возбуждения синхронной машины поступает через контактные кольца и щетки.
Для регулирования тока возбуждения применяют регулировочные реостаты, включаемые в цепи возбуждения возбудителя ( r 1 ) и подвозбудителя ( r 2 ).

Изображение слайда

24

Слайд 24

Изображение слайда

25

Слайд 25

Изображение слайда

26

Слайд 26

Схемы возбуждения синхронной машины:
1 — обмотка якоря;
2 — ротор генератора;
3 – обмотка возбуждения;
4 — кольца;
5 — щетки;
6 — регулятор напряжения;
7 — возбудитель;
8 — выпрямитель;
9 — обмотка якоря возбудителя;
10 — ротор возбудителя;
11 — обмотка возбуждения возбудителя;
12- подвозбудитель ;
13 — обмотка возбуждения подвозбудителя

Изображение слайда

27

Слайд 27

Мощность, затрачиваемая на возбуждение, составляет 0,2 – 5 % полезной мощности машины

Изображение слайда

28

Слайд 28

Тема 63.
Особенности конструктивного исполнения гидрогенераторов,
турбогенераторов, дизельгенераторов

Изображение слайда

29

Слайд 29

В большинстве синхронных машин используется обращенная конструктивная схема по сравнению с машинами постоянного тока, т. е, система возбуждения расположена на роторе, а якорная обмотка на статоре. Это объясняется тем, что через скользящие контакты проще осуществить подвод сравнительно слабого тока к обмотке возбуждения, чем тока к рабочей обмотке. Магнитная система синхронной машины показана на рис. 1.
Полюса возбуждения синхронной машины размещены на роторе. Сердечники полюсов электромагнитов выполняются так же, как в машинах постоянного тока. На неподвижной части — статоре расположен сердечник 2, набранный из изолированных листов электротехнической стали, в пазах которого размещена рабочая обмотка переменного тока — обычно трехфазная.

Изображение слайда

30

Слайд 30

Изображение слайда

31

Слайд 31

Турбогенераторы  приводятся во вращение паровыми турбинами, которые наиболее экономичны при высоких частотах вращения.
Поэтому турбогенераторы выполняют с минимальным числом полюсов системы возбуждения — двумя, что соответствует максимальной частоте вращения 3000 об/мин при промышленной частоте 50 Гц.

Изображение слайда

32

Слайд 32

Основная проблема турбогенераторостроения заключается в создании надежной машины при предельных величинах электрических, магнитных, механических и тепловых нагрузок.
Эти требования накладывают отпечаток на всю конструкцию машины (рис. 2).

Изображение слайда

33

Слайд 33

1 — контактные кольца и щеточный аппарат,
2 — подшипник, 3 — ротор,
4 — бандаж ротора,
5 — обмотка статора,
6 — статор,
7 — выводы обмотки статора,
8 — вентилятор.

Изображение слайда

34

Слайд 34

Ротор турбогенератора выполняется в виде цельной поковки диаметром до 1,25 м, длиной до 7 м (рабочая часть). Полная длина поковки с учетом вала составляет 12 — 15 м.
На рабочей части фрезеруются пазы, в которые укладывается обмотка возбуждения.
Таким образом получается двухполюсный электромагнит цилиндрической формы без явно выраженных полюсов.

Изображение слайда

35

Слайд 35

Гидрогенераторы по конструкции существенно отличаются от турбогенераторов. Экономичность режима гидравлических турбин зависит от скорости водяного потока, т. е. напора. На равнинных реках создать большой напор невозможно, поэтому частоты вращения турбин весьма низкие — от десятков до сотен оборотов в минуту.
Чтобы получить промышленную частоту 50 Гц, такие тихоходные машины приходится делать с большим числом полюсов. Для размещения большого количества полюсов приходится увеличивать диаметр ротора гидрогенератора, иногда до 10 — 11 м.

Изображение слайда

36

Слайд 36

1 — ступица ротора,
2 — обод ротора,
3 — полюс ротора, 4 — сердечник статора,
5 — обмотка статора,
6 — крестовина,
7 — тормоз,
8 — подпятник,
9 — втулка ротора.

Изображение слайда

37

Слайд 37

Стандартная  дизель-генераторная установка  представляет собой устройство, предназначенное для автономной подачи топлива в аварийном или штатном режиме. Основа работы подобного генератора — преобразование механической энергии, получаемой из коленчатого вала двигательной системы, в обычную электрическую. Устройство подобного типа позволяет получать электроэнергию из любых генераторов переменного тока.

Изображение слайда

38

Слайд 38

Изображение слайда

39

Слайд 39

Принцип работы  дизель-генератора
Конструкция стандартного устройства данного типа производит топливо посредством механической энергии, которая создаётся при работе двигателя, сжигающего дизельное топливо и расширении веществ, находящихся в его составе в виде газов.
Пошаговое описание процесса работы установки:
Кривошипно-шатунный элемент запускает работу металлического коленчатого вала.
Полученный таким образом вращательный момент передаётся на ротор генераторной установки.

Изображение слайда

40

Слайд 40

Указанный процесс формирует в роторе электромагнитное поле, преобразующее полученную в результате вращения механическую энергию в привычную для работы электрическую.
Конечная цель использования генератора — получение стандартного переменного тока.
Осуществление процесса трансформации энергии возможно при наличии работоспособных узлов в конструкции ДГУ.

Изображение слайда

41

Слайд 41

Основные узлы генераторной установки:
Главный элемент дизель-генератора — это двигатель внутреннего сгорания, задача которого состоит в сжигании залитого в него топлива. Эффективную работу этого элемента обеспечивает система охлаждения (воздушная — для небольших установок, или жидкостная — для промышленных), механизм оперативного долива топлива, а также мелкие узлы, стабилизирующие функционирование всей системы.
Генератор переменного тока (альтернатор) — установка, использующая вращение магнитного поля, которое трансформирует механическую энергию в стандартную электрическую.
Особенности современного дизельного двигателя
Важнейший узел дизель-генератора — это двигатель внутреннего сгорания, работающий на дизельном топливе. Воспламенение горючего в указанном типе двигателя происходит от сжатия топлива. Современный рынок богат как двигателями, работающими в четырёхтактном режиме (впуск топлива, его сжатие, рабочий ход и выпуск), так и в двухтактном (сжатие топлива и рабочий ход).
В среднем, работа дизельных двигателей требует меньшей скорости оборотов, так как топливо более долго прогорает, сама конструкция более массивна, поэтому не получила широкого распространения в автомобильной промышленности. При этом, использование дизельного двигателя в составе ДГУ позволяет сэкономить финансы на покупке более доступного по цене и экономичного топлива.

Изображение слайда

42

Слайд 42

Дизельные двигатели различаются в зависимости от сферы их применения. Например, для использования на автономных электростанциях выбирают мощные генераторы, снабжённые жидкостной системой охлаждения. Переносные ДГУ снабжены воздушным вариантом охлаждения, в некоторых случаях устанавливается промежуточная конструкция для понижения температуры воздуха. Массивность деталей дизельного двигателя нивелируется экономичностью и надёжностью использования топлива, а также большой износостойкостью подобного оборудования. По этим причинам именно ДГУ — самый выгодный варианты для современных мощных электростанций. Пожаробезопасные и экономичные установки прослужат хозяевам в течение долгого времени.

Изображение слайда

43

Слайд 43

Тема 64. Характеристики
синхронного генератора

Изображение слайда

44

Слайд 44

Характеристика холостого хода. Представляет собой график зависимости напряжения на выходе генератора в режиме х.х. U 1 = Е 0 от тока возбуждения I в.0 при n 1 = const.

Изображение слайда

45

Слайд 45

Внешняя характеристика. Представляет собой зависимость напряжения на выводах обмотки статора от тока нагрузки: U 1 = f ( I 1 ) при I в = const ; со s φ 1, = const ; n 1 = n ном = const.

Изображение слайда

46

Слайд 46

Регулировочная характеристика. Она показывает, как следует изменять ток возбуждения генератора при изменениях нагрузки, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось неизменно равным номинальному: I в = f ( I 1 ) при U 1 = U 1ном = const ; n 1 = n ном = const и cos φ 1 = const.

Изображение слайда

47

Слайд 47

Тема 65.
Параллельная работа синхронных генераторов.

Изображение слайда

48

Слайд 48

На электрических станциях обычно устанавливают несколько синхронных генераторов, включаемых параллельно для совместной работы.
Наличие нескольких генераторов вместо одного суммарной мощности дает преимущества, объясняемые теми же соображениями, которые были изложены применительно к параллельной работе трансформаторов.

Изображение слайда

49

Слайд 49

При включении синхронного генератора в сеть на параллельную работу необходимо соблюдать следующие условия:
ЭДС генератора в момент подключения его к сети должна быть равна и противоположна по фазе напряжению сети,
частота ЭДС генератора должна быть равна частоте переменного напряжения в сети ;
порядок следования фаз на выводах генератора должен быть таким же, что и на зажимах сети.

Изображение слайда

50

Слайд 50

Приведение генератора в состояние, удовлетворяющее всем указанным условиям, называют синхронизацией.
Несоблюдение любого из условий синхронизации приводит к появлению в обмотке статора больших уравнительных токов, чрезмерное значение которых может явиться причиной аварии.
Включить генератор в сеть с параллельно работающими генераторами можно или способом точной синхронизации, или способом самосинхронизации

Изображение слайда

51

Слайд 51

Способ точной синхронизации. Сущность этого способа состоит в том, что, прежде чем включить генератор в сеть, его приводят в состояние, удовлетворяющее всем вышеперечисленным условиям. Момент соблюдения этих условий, т. е. момент синхронизации, определяют прибором, называемым синхроноскопом.
По конструкции синхроноскопы разделяют на стрелочные и ламповые. Рассмотрим процесс синхронизации генераторов с применением лампового синхроноскопа, который состоит из трех ламп 1, 2, 3, расположенных в вершинах равностороннего треугольника. При включении ламп по схеме «на погасание» момент синхронизации соответствует одновременному погасанию всех ламп.

Изображение слайда

52

Слайд 52

Величину ЭДС регулируют изменением тока возбуждения.
Частоту регулируют изменением частоты вращения приводного двигателя

Изображение слайда

53

Слайд 53

Изображение слайда

54

Слайд 54

Способ самосинхронизации. Ротор невозбужденного генератора приводят во вращение первичным двигателем до частоты вращения, отличающейся от синхронной не более чем на 2—5%, затем генератор подключают к сети.
Для того чтобы избежать перенапряжений в обмотке ротора в момент подключения генератора к сети, ее замыкают на некоторое активное сопротивление. Так как в момент подключения генератора к сети его ЭДС равна нулю (генератор не возбужден), то под действием напряжения сети в обмотке статора наблюдается резкий бросок тока, превышающий номинальное значение тока генератора.

Изображение слайда

55

Слайд 55

Вслед за включением обмотки статора в сеть подключают обмотку возбуждения к источнику постоянного тока и синхронный генератор под действием электромагнитного момента, действующего на его ротор, втягивается в синхронизм, т. е. частота вращения ротора становится синхронной. При этом ток статора быстро уменьшается.

Изображение слайда

56

Слайд 56

Способ самосинхронизации (грубой синхронизации) обычно применяют в генераторах при их частых включениях.
Этот способ прост и легко автоматизируется.

Изображение слайда

57

Слайд 57

Тема 66.
Синхронные двигатели, компенсаторы

Изображение слайда

58

Слайд 58

По своей конструкции синхронные двигатели в принципе не отличаются от синхронных генераторов, но все же имеют некоторые особенности.
Их изготовляют преимущественно явнополюсными с 2р= 6-24 полюсов; воздушный зазор делают меньшим, чем в генераторах такой же мощности, что способствует улучшению ряда параметров двигателя, в частности уменьшению пускового тока; демпферную (успокоительную) обмотку выполняют стержнями большего сечения, так как при пуске двигателя она является пусковой обмоткой

Изображение слайда

59

Слайд 59

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.

Изображение слайда

60

Слайд 60

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.

Изображение слайда

61

Слайд 61

Пуск в ход синхронного двигателя
Распространение получил так называемый асинхронный пуск синхронного двигателя. Для осуществления такого пуска на роторе располагается специальная пусковая обмотка, представляющая собой короткозамкнутую обмотку типа беличьей клетки как у ротора короткозамкнутого асинхронного двигателя.
Витки этой обмотки располагаются в полюсах ротора.

Изображение слайда

62

Слайд 62

Схема пуска в ход синхронного двигателя
1. Вначале обмотка постоянного тока ротора (обмотка возбуждения) замыкается на пусковой реостат R n.

Изображение слайда

63

Слайд 63

Пуск в ход синхронного двигателя
2. Затем подается трехфазное напряжение на обмотку статора, по ее фазам начинают проходить токи и создается вращающееся магнитное поле статора.
Синхронный двигатель за счет наличия пусковой обмотки трогается с места и начинает разгоняться как асинхронный двигатель.

Изображение слайда

64

Слайд 64

Пуск в ход синхронного двигателя
3. Когда частота вращения ротора синхронного двигателя достигнет примерно 95 % синхронной частоты вращения поля статора n 0, пусковой реостат R n отключают, а обмотку возбуждения ротора подключают к источнику постоянного напряжения U B.

Изображение слайда

65

Слайд 65

Пуск в ход синхронного двигателя
По обмотке возбуждения идет постоянный ток, и на роторе образуются магнитные полюса. Так как в это время частота вращения магнитного поля статора незначительно превышает частоту вращения ротора, то разноименные магнитные полюса ротора и поля статора притягиваются к друг другу, а одноименные — отталкиваются.

Изображение слайда

66

Слайд 66

Пуск в ход синхронного двигателя
В результате ротор получает некоторое ускорение и после нескольких качаний ротора его частота вращения сравнивается с частотой вращения поля статора и далее остается постоянной (говорят, что двигатель втянулся в синхронизм).

Изображение слайда

67

Слайд 67

Вторым способом является применение вспомогательного двигателя малой мощности, с помощью которого синхронный двигатель разгоняется до скорости, близкой к синхронной

Изображение слайда

68

Слайд 68

Синхронные компенсаторы

Изображение слайда

69

Слайд 69

Компенсация реактивной мощности
На любом развитом промышленном предприятии большая часть электроэнергии потребляется двигателями (синхронными, асинхронными, однофазными, трехфазными) и трансформаторами, т. е. преобладает реактивная мощность индуктивного характера.

Изображение слайда

70

Слайд 70

Следует отметить, что на предприятиях устанавливают не один электросчетчик, как в домах и квартирах, а два, один из которых активный, а другой — реактивный.
И за перерасход напрасно «гоняемой» по линиям электропередач энергии соответствующие органы беспощадно штрафуют, так что администрация кровно заинтересована в том, чтобы произвести расчет реактивной мощности и принять меры к ее снижению.

Изображение слайда

71

Слайд 71

Изображение слайда

72

Слайд 72

Изображение слайда

73

Слайд 73

Синхронный компенсатор (СК) представляет собой синхронную машину, предназначенную для генерирования реактивной мощности. Синхронный компенсатор включают в электрическую систему с целью повышения ее коэффициента мощности.

Изображение слайда

74

Слайд 74

Принцип происходящих при этом явлений состоит в том, что необходимую для работы некоторых потребителей реактивную мощность вырабатывает не синхронный генератор, установленный на электростанции, а синхронный компенсатор, установленный в непосредственной близости к потребителю.
К числу потребителей переменного тока, требующих значительной реактивной мощности, в первую очередь относятся асинхронные двигатели.

Изображение слайда

75

Слайд 75

На рисунке показана система, состоящая из синхронного генератора (СГ), повышающего Тр I и понижающего Тр II трансформаторов, линии электропередачи (ЛЭП), потребителя Z и синхронного компенсатора (СК), включенного непосредственно на входе потребителя.

Изображение слайда

76

Слайд 76

Синхронный компенсатор, включенный в сеть, работает как синхронный двигатель без нагрузки т. е. в режиме х. х., и при этом вырабатывает реактивную мощность, необходимую для работы потребителя Z, например группы асинхронных двигателей.
Благодаря этому реактивная мощность в СГ и ЛЭП доведена до некоторого минимального значения. Это способствует повышению технико-экономических показателей всей электрической системы

Изображение слайда

77

Слайд 77

Изображение слайда

78

Слайд 78

Синхронные компенсаторы применяют также для стабилизации напряжения в сети при передаче энергии по линиям большой протяженности.
При больших индуктивных нагрузках напряжение в конце линии (у потребителей) оказывается намного меньше, чем в начале; при малых нагрузках, наоборот, под влиянием емкостных сопротивлений линии напряжение в конце линии может даже повышаться по сравнению с напряжением в начале.

Изображение слайда

79

Последний слайд презентации: Тема 61.Устройство и принцип действия синхронных машин

Если же в конце линии (у потребителей) включить СК, работающий при больших нагрузках с перевозбуждением и при малых нагрузках с недовозбуждением, то это позволит поддерживать напряжение в конце линии практически неизменным.
Конструктивно СК отличается от СД облегченным ротором.

Изображение слайда

Пуск синхронных двигателей

Определение и принцип действия

Если говорить простым языком, то синхронным называют электродвигатель, у которого скорость вращения ротора (вала) совпадает со скоростью вращения магнитного поля статора.

Кратко рассмотрим принцип действия такого электродвигателя — он основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора, которое обычно создаётся трёхфазным переменным током и постоянного магнитного поля ротора.

Постоянное магнитное поле ротора создаётся за счет обмотки возбуждения или постоянных магнитов. Ток в обмотках статора создаёт вращающееся магнитное поле, тогда как ротор в рабочем режиме представляет собой постоянный магнит, его полюса устремляются к противоположным полюсам магнитного поля статора. В результате ротор вращается синхронно с полем статора, что и является его основной особенностью.

Напомним, что у асинхронного электродвигателя скорость вращения МП статора и скорость вращения ротора отличаются на величину скольжения, а его механическая характеристика «горбатая» с пиком при критическом скольжении (ниже его номинальной скорости вращения).

Скорость, с которой вращается магнитное поле статора, может быть вычислена по следующему уравнению:

N=60f/p

f – частота тока в обмотке, Гц, p – количество пар полюсов.

Соответственно по этой же формуле определяется скорость вращения вала синхронного двигателя.

Большинство электродвигателей переменного тока, используемых на производстве, выполнены без постоянных магнитов, а с обмоткой возбуждения, тогда как маломощные синхронные двигатели переменного тока выполняются с постоянными магнитами на роторе.

Ток к обмотке возбуждения подводится за счет колец и щеточного узла. В отличие от коллекторного электродвигателя, где для передачи тока вращающейся катушке используется коллектор (набор продольно расположенных пластин), на синхронном установлены кольца поперек одного из концов статора.

Источником постоянного тока возбуждения в настоящее время являются тиристорные возбудители, часто называемые «ВТЕ» (по названию одной из серий таких устройств отечественного производства). Ранее использовалась система возбуждения «генератор-двигатель», когда на одном валу с двигателем устанавливали генератор (он же возбудитель), который через резисторы подавал ток в обмотку возбуждения.

Ротор почти всех синхронных двигателей постоянного тока выполняется без обмотки возбуждения, а с постоянными магнитами, они хоть и похожи по принципу действия на СД переменного тока, но по способу подключения и управления ими очень сильно отличаются от классических трёхфазных машин.

Одной из основных характеристик электродвигателя является механическая характеристика. Она у синхронных электродвигателей приближена к прямой горизонтальной линии. Это значит, что нагрузка на валу не влияет на его обороты (пока не достигнет какой-то критической величины).

Это достигается именно благодаря возбуждению постоянным током, поэтому синхронный электродвигатель отлично поддерживает постоянные обороты при изменяющихся нагрузках, перегрузках и при просадках напряжения (до определенного предела).

Ниже вы видите условное обозначение на схеме синхронной машины.

ПРЯМОЙ ПУСК АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Как уже было сказано выше, прямое включение обмотки асинхронного двигателя может применяться только при низкой мощности. В этом случае пусковой ток превышает номинальный в 5-7 раз, что не является проблемой для коммутационного оборудования и электропроводки.

Основной проблемой прямого пуска становится подключение нескольких электродвигателей к маломощной подстанции или генератору.

Включение в сеть нового электродвигателя может вызвать настолько сильную просадку напряжения, что уже работающие двигатели остановятся, а новому мотору не хватит пускового момента, чтобы стронуться с места.

Пусковой ток асинхронного двигателя достигает максимального значения в момент включения и плавно снижается до номинального по мере раскрутки ротора.

Следовательно, для уменьшения времени перегрузки сети асинхронный двигатель должен включаться с минимальной нагрузкой, если это возможно.

Мощные токарные станки, гильотины для рубки металла не имеют фрикционных муфт, и все их вращающиеся механизмы раскручиваются в момент включения электродвигателя.

В этом случае длительные просадки напряжения приходится прямо закладывать в проектируемое для них электроснабжение.

Применение сопротивления при пуске

Метод применим для асинхронных двигателей, подключаемых к однофазной сети, и имеющих первичную дополнительную обмотку с короткозамкнутым ротором. Так называют мотор с расщепленной фазой, электроцепь которого имеет высокое активное сопротивление.

Чтобы пустить в ход двигатель, питаемый от однофазной сети, необходим пусковой резистор, соединяемый последовательно с дополнительной намоткой. Тогда сдвиг фаз составляет 30 градусов. Этого хватает для разгона. Ниже представлена схема, согласно которой достигается омический сдвиг фаз.

Вместо резистора можно применить дополнительную обмотку высокого сопротивления, но низкой индуктивности. В этом случае намотка имеет мало витков, которые выполняются из провода меньшего сечения в отличие от того, что используется для рабочей намотки.

В России с конвейера выходят моторы, подключаемые к однофазной сети, оснащенные резистором для сдвига фаз. Их мощность варьируется в диапазоне 18-600 Вт. Двигатели рассчитаны для сетей с напряжением 127, 220 или 380 Вольт и переменным током с частотой 50 Гц.

Сфера применения

Синхронные двигатели стоят дороже чем асинхронные, к тому же требуют дополнительного источника постоянного тока возбуждения – это отчасти снижает ширину области применения этого вида электрических машин. Однако, синхронные электродвигатели используют для привода механизмов, где возможны перегрузки и требуется точное поддерживание стабильных оборотов.

При этом чаще всего используются в области больших мощностей — сотен киловатт и единиц мегаватт, и, при этом, пуск и остановка происходят достаточно редко, то есть машины работают круглосуточно долгое время

Такое применение обусловлено тем, что синхронные машины работают с cosФи приближенном к 1, и могут выдавать реактивную мощность в сеть, в результате чего улучшается коэффициент мощности сети и снижается её потребление, что важно для предприятий

Реакторный пуск

В этом случае двигатель пускается при пониженном напряжении сети с помощью реактора или трансформатора. Реакторный пуск рекомендуется в первую очередь и только при невозможности его использования допу-скается автотрансформаторный пуск.
 

Реакторный пуск синхронных компенсаторов ( рис. 5 — 1 ж), принятый сейчас как основной, применен для мощных машин.
 

Реакторный, или автотрансформаторный, пуск осуществляется подачей на обмотки электродвигателей напряжения, сниженного с помощью автотрансформатора или чаще всего реактора, которые отключаются при разгоне агрегата до подсин-хронной частоты вращения. При реакторных пусках снижаются момент, развиваемый двигателем при пуске, толчки и вибрации машины, потребляемая мощность, нагрев обмоток и падение напряжения и увеличивается время пуска.
 

Конденсаторный или реакторный пуск.
 

Пуск электродвигателей серии ВДС 325 — прямой асинхронный от сети, имеющей полное напряжение. Электродвигатели ВДС 325 имеют реакторный пуск от сети с пониженным напряжением.
 

Трехфазный асинхронный двигатель с кратностью начального пускового тока kj 5 6 и кратностью начального пускового момента kn — 1 3 пускается в ход при нагрузке Мв 0 5 Мн. Применим ли в этом случае реакторный пуск.
 

Дают возможность регулировании напряжения. При до-статичнои мощности подстанции возможен реакторный пуск или непосредственный пуск от шип.
 

Схема электрических соединений насосной станции должна обеспечивать прямой пуск асинхронных и синхронных электродвигателей от полного напряжения сети. Для мощных электродвигателей в соответствии с указаниями заводов-изготовителей может применяться реакторный пуск. Использование крупных синхронных электродвигателей для работы в компенсаторном режиме в перерывах водоподачи должно быть обосновано технико-экономическими расчетами.
 

Вспомогательная схема токовых цепей защит электродвигателей с реакторным пуском от многофазных КЗ. а — при применении токовой отсечки. б — при применении дифференциальной защиты. М — электродвигатель. L — пусковой реактор. Ql, Q2 — выключатели. ТА1 — ТАЗ — трансформаторы тока. АК1, АК2 — комплекты токовых отсечек. АК — комплект дифференциальной защиты.| Принципиальная схема дифференциальной защиты электродвигателя М с реле.

Если применена дифференциальная защита, то в плече защиты со стороны питания с той же целью устанавливается двухфазная двухрелейная отсечка без выдержки времени, которая для повышения чувствительности выводится из действия на время пуска электродвигателя. На рис. 2.192 показаны блок-схемы токовых цепей защит электродвигателей с реакторным пуском.
 

Пуск синхронных компенсаторов осуществляется различными способами: асинхронный — непосредственно от сети, от разгонного двигателя, через автотрансформатор и через реактор; асинхронный пуск применяется только при малых мощностях компенсаторов. Наиболее простым способом пуска, чаще всего применяемым на практике, является реакторный пуск компенсатора. Синхронные компенсаторы типа КС до 30 000 ква включительно имеют воздушное охлаждение, а компенсатор типа КСВ-37500 ква — водородное охлаждение.
 

Однако это преимущество автотрансформаторного пуска достигается ценой значительного усложнения и удорожания пусковой аппаратуры. Поэтому автотрансформаторный пуск применяется реже реакторного, при более тяжелых условиях, когда реакторный пуск не обеспечивает необходимого пускового момента.
 

Все аппараты управления синхронным двигателем размещаются на станциях управления. На рис. 39 показан общий вид фасада станции управления ПН7028 для синхронных двигателей с реакторным пуском. Кроме аппаратов, перечисленных при описании схемы пуска синхронного двигателя СТМ-4000-2, на станции управления показаны приборы и аппараты, применяемые в управлении двигателей.
 

Синхронные реактивные двигатели

Синхронный реактивный электродвигатель — синхронный электродвигатель, вращающий момент которого обусловлен неравенством магнитных проводимостей по поперечной и продольной осям ротора, не имеющего обмоток возбуждения или постоянных магнитов.

Принцип работы синхронного реактивного двигателя

В синхронных реактивных электродвигателях принцип создания момента вращения ротора несколько отличается от асинхронных и традиционных синхронных двигателей. Здесь решающая роль отводится самому сердечнику ротора.

Ротор реактивного синхронного двигателя не имеет обмоток, даже короткозамкнутой обмотки на нем нет. Вместо этого сердечник ротора сделан сильно неоднородным по магнитной проводимости: магнитная проводимость вдоль ротора отличается от магнитной проводимости поперек. Благодаря такому необычному подходу отпадает необходимость как в обмотках ротора, так и в постоянных магнитах на нем.

Что касается статора, то обмотка статора реактивного синхронного двигателя может быть сосредоточенной либо распределенной, при этом сердечник статора и корпус остаются обычными. Вся особенность — в сильно неоднородном сердечнике ротора.

Для реактивных синхронных двигателей характерны три основных типа роторов: поперечно-расслоенный ротор, ротор с явновыраженными полюсами и аксиально-расслоенный ротор.

Физика процесса следующая. Переменный ток подается на обмотки статора, и создает вокруг ротора вращающееся магнитное поле, которое максимально в воздушном зазоре между статором и ротором. Момент вращения получается благодаря тому, что ротор все время пытается повернуться так, чтобы магнитное сопротивление для формируемого статором магнитного потока оказалось бы минимальным.

Максимальный момент вращения оказывается прямо пропорциональным разнице между продольной и поперечной индуктивностями, и чем больше эта разница, тем большим получается вращающий момент ротора.

Для понимания данного принципа обратимся к рисунку. Анизотропный объект 1 обладает различной магнитной проводимостью по осям a и b. При этом изотропный объект 2 обладает одинаковой магнитной проводимостью по всем направлениям. Приложенное к объекту 1 магнитное поле порождает момент вращения когда угол между осью b и линиями магнитной индукции B не равен нулю. Когда неравный нулю угол существует, объект 1 станет искажать приложенное магнитное поле B, и направление искажения будет совпадать с осью a объекта 1.

Синусоидальное магнитное поле, создаваемое в синхронном реактивном двигателе обмоткой статора, вращается с определенной синхронной угловой частотой, и следовательно всегда будет иметь место момент вращения, стремящийся вернуть систему в состояние с наименьшим значением полной потенциальной энергии.

То есть момент вращения будет все время стремиться уменьшить искажение магнитного поля статора в направлении оси a, путем уменьшения угла между линиями индукции B и осью b. Так, если управление двигателем направлено на сохранение постоянства этого угла, то и механическая энергия постоянно будет получаться из электромагнитной.

Таким образом, ток обмотки статора обеспечивает намагничивание с существованием вращающего момента, направленного на устранение искаженности поля, и управляя фазой тока в соответствии с положением ротора во вращающейся системе координат (в соответствии со значением угла искажений), получается управление моментом синхронного реактивного электродвигателя.

Синхронные реактивные электродвигатели сегодня

Ведущие мировые производители электродвигателей на сегодняшний день проявляют особый интерес к синхронным реактивным электродвигателям, хотя запатентованы первые версии были еще в конце 19 века. Дело в том, что КПД синхронных реактивных электродвигателей принципиально значительно превышает КПД популярных асинхронных электродвигателей, не говоря уже об удельной мощности.

Потери энергии в роторе отсутствуют, а ведь обычно процентов 30 потерь приходится именно на ротор. Так повышается и срок службы электродвигателя — снижается вредный нагрев. Масса синхронного реактивного электродвигателя и его габариты на 20% меньше чем у асинхронного той же мощности.

Возобновленный интерес к синхронным реактивным электродвигателям в наши дни связан прежде всего с широкими возможностями современного компьютерного моделирования, позволяющими находить наиболее эффективные версии конструкций роторов и статоров — научные исследования получаются более продуктивными, и КПД современных версий синхронных реактивных двигателей уже достигает 98%, в то время как для асинхронных версий КПД традиционно не превышает 90%.

Синхронные реактивные двигатели изготавливают сегодня на базе асинхронных, и при тех же габаритах и установочно-присоединительных размерах получается более высокий КПД, достигается более высокая удельная мощность.

Преимущества и недостатки

Набранный из тонколистовой электротехнической стали, ротор реактивного синхронного двигателя имеет простую и надежную конструкцию без короткозамкнутой обмотки и без магнитов, поэтому в роторе исключены токи вызывающие вредный нагрев, — срок службы повышается, а отсутствие магнитов удешевляет себестоимость продукта, включая до минимума сниженные затраты на техобслуживание.

Благодаря сравнительной легкости ротора, его собственный момент инерции низок, поэтому двигатель быстрее разгоняется до номинальных оборотов, что приводит к экономии электроэнергии.

Частотный преобразователь в качестве регулятора скорости делает управление двигателем очень гибким в широком диапазоне рабочих скоростей. Что касается недостатков, то он всего один: потребность в преобразователе частоты.

Применение преобразователя частоты с активной коррекцией коэффициента мощности позволяет добиться максимального коэффициента мощности системы, что очень важно на любом современном производстве.

Ранее ЭлектроВести писали, что калифорнийская компания HyPoint утверждает, что ее новая конструкция топливного элемента с турбонаддувом позволяет в три раза увеличить мощность и в четыре раза срок службы обычного топливного элемента, открывая возможность создания высокоскоростных дальнемагистральных электрических самолетов VTOL с водородным двигателем. Плотность энергии новой системы в 3 раза выше, чем у литий-ионных аккумуляторов.

По материалам: electrik.info.

Конструкция и принцип работы синхронного двигателя

          Мы рассмотрели различные особенности трехфазного генератора переменного тока. Подобно генератору постоянного тока, это реверсивная машина. Если на статор трехфазного генератора переменного тока подается трехфазное питание, он может работать как двигатель. Поскольку он приводится в движение с синхронной скоростью , он называется синхронным генератором. Поэтому, если генератор переменного тока работает как двигатель, он будет вращаться с синхронной скоростью. Такое устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую энергию, работающую с синхронной скоростью, называется синхронным двигателем.0003 синхронный двигатель работает только на синхронной скорости и не может работать на скорости, отличной от синхронной. Его скорость постоянна независимо от нагрузки, несомненно, его скорость меняется на мгновение в момент загрузки.

       В этой главе мы обсудим, как работает синхронный двигатель и принцип работы трехфазного синхронного двигателя . Прежде чем приступить к изучению синхронного двигателя, необходимо изучить создание магнитного поля. вращающееся магнитное поле (RMF) очень важно для понимания работы синхронного двигателя .

Конструкция трехфазного синхронного двигателя:

      Подобно машине постоянного тока, в которой нет конструктивных различий между генератором и двигателем, нет разницы между конструкцией синхронного двигателя и генератора переменного тока, поскольку оба являются синхронными машинами.

Конструкция синхронного двигателя в основном аналогична генератору переменного тока с вращающимся полем. Состоит из двух частей:

i) Статор : Состоит из трехфазной обмотки, соединенной звездой или треугольником. Он возбуждается трехфазным переменным током. поставлять.

ii) Ротор : Ротор представляет собой обмотку возбуждения, конструкция которой может быть явно выраженной (выступающий полюс) или неявнонаправленной (цилиндрической). Практически в большинстве синхронных двигателей используется явно выраженная конструкция, т.е. обмотка возбуждается от отдельного источника постоянного тока через контактные кольца.

Обязательно прочтите:

• Принцип работы синхронного генератора или генератора переменного тока

Принцип работы синхронного двигателя:

           Синхронный двигатель работает по принципу магнитной блокировки. Когда два разных полюса приближаются друг к другу, если магниты сильные, между этими двумя полюсами существует огромная сила притяжения. В таком состоянии два магнита называются магнитно запертыми. Если теперь один из двух магнитов вращается, то другой также вращается в том же направлении с той же скоростью из-за силы притяжения, т.е. из-за условия магнитного запирания. Принцип схематически показан на рисунке ниже.

        Таким образом, чтобы иметь условие магнитной блокировки, должны существовать два разных полюса, и магнитные оси двух должны быть расположены очень близко друг к другу. Давайте посмотрим на применение этого принципа синхронного двигателя .

       Рассмотрим трехфазный синхронный двигатель, статор которого имеет 2 полюса. Два магнитных поля создаются в синхронном двигателе за счет возбуждения обмоток статора и ротора трехфазным переменным током. питания и постоянного тока питания соответственно. Когда трехфазная обмотка возбуждается трехфазным переменным током. питания, то поток, создаваемый трехфазной обмоткой, всегда имеет вращающийся тип. Такой магнитный поток вращается в пространстве со скоростью, называемой синхронная скорость . Этот магнит называется вращающимся магнитным полем .

            Вращающееся магнитное поле создает эффект, аналогичный физическому вращению магнитов в пространстве с синхронной скоростью. Так статор синхронного двигателя производит один магнит, который так же хорошо вращается в пространстве с синхронной скоростью. Синхронная скорость вращающегося магнитного поля статора зависит от частоты питания и числа полюсов, на которые намотана обмотка статора. Если частота питания переменного тока равна f Гц, а статор намотан на количество полюсов P, то скорость Вращающее магнитное поле синхронно дано,

NS = 120F/P R.P.M

В этом случае, так как статор намотает для, скажем, 2 полюса, с подачей 50 Гц, скорость вращающегося магнитного поля будет 3000 об. Этот эффект аналогичен физическому вращению двух полюсов со скоростью Ns об/мин. Для простоты понимания предположим, что полюса статора – это N1 и S1 , которые вращаются со скоростью Ns.

           Направление вращения вращающегося магнитного поля указано по часовой стрелке. Когда обмотка возбуждения на роторе возбуждается источником постоянного тока, она также создает два полюса, предполагая, что конструкция ротора является двухполюсной, явного типа. Пусть эти полюса будут N2 и S2.

             Теперь один магнит вращается со скоростью Ns, имея полюса N1 и S1, в то время как при запуске ротор неподвижен, т.е. второй магнит неподвижен, имея полюса N2 и S2. Если каким-то образом разноименные полюса N1 и S2 или S1 и N2 приблизить друг к другу, между полюсами статора и ротора может установиться магнитная блокировка.

          Поскольку полюса статора вращаются, из-за магнитного поля ротор также будет вращаться в том же направлении, что и полюса статора, т.е. в направлении вращающегося магнитного поля , с той же скоростью, т.е. Ns.

       Следовательно, синхронный двигатель вращается с одной и только одной скоростью, т. е. синхронная скорость . Но это все зависит от наличия магнитной блокировки между полюсами статора и ротора. Практически невозможно, чтобы полюса статора вытягивали полюса ротора из их стационарного положения в состояние магнитной блокировки. Следовательно, синхронные двигатели не являются самозапускающимися. Давайте подробно рассмотрим причину этого.

Почему синхронный двигатель не запускается самостоятельно?

        Предположим, что вращающееся магнитное поле эквивалентно физическому вращению двух полюсов статора N1 и S1.

      Рассмотрим момент, когда два полюса находятся в таком положении, когда магнитная ось статора вертикальна, вдоль AB, как показано на рисунке ниже (a). В этот момент полюса ротора произвольно расположены, как показано на рисунке ниже.

       В этот момент ротор неподвижен и разные полюса будут пытаться притянуться друг к другу. Из-за этого ротор будет подвергаться мгновенному крутящему моменту в направлении против часовой стрелки, как показано на рисунке (а).

       Полюса статора теперь вращаются очень быстро, т.е. со скоростью Ns об/мин. Из-за инерции, прежде чем ротор едва повернется в направлении вращающего момента против часовой стрелки, которому он подвергается, полюса статора меняют свое положение. Рассмотрим момент последней половины периода, когда полюса статора точно поменялись местами, но из-за инерции ротор не может вращаться из своего начального положения. Это показано на рисунке (b).

        В этот момент из-за того, что разные полюса пытаются притянуться друг к другу, ротор будет подвергаться крутящему моменту в направлении по часовой стрелке. Это приведет к вращению ротора в направлении вращения магнитного поля . Но прежде чем это произойдет, полюса статора снова меняют свое положение, меняя направление крутящего момента, действующего на ротор.

Ключевой момент : В результате средний крутящий момент, действующий на ротор, равен нулю. И, следовательно, синхронный двигатель не запускается самостоятельно .

Примечание : Вопрос очевиден: что произойдет, если случайно положение ротора окажется таким, что противоположные полюса ротора и статора будут обращены друг к другу? Но из-за большой инерции ротора ротор не может вращаться вместе с полюсами статора. Отсюда снова создается разность положений магнитных осей и ротор подвергается реверсивному крутящему моменту.

           Это связано с тем, что скорость, с которой вращается вращающееся магнитное поле, настолько высока, что ротор не может вращаться из исходного положения из-за инерции ротора. Так что в любом случае, каким бы ни было начальное положение ротора, синхронный двигатель не является самозапускающимся.

Процедура запуска синхронного двигателя:

        Теперь предположим, что ротор вращается каким-то внешним средством со скоростью, почти равной синхронной скорости . И тогда ротор возбуждается, чтобы произвести свои полюса. Теперь в некоторый момент статор и ротор, в отличие от полюсов, окажутся обращенными друг к другу так, что их магнитные оси будут близки друг к другу. Затем сила притяжения между ними приводит их обоих в состояние магнитной блокировки.

          После установления магнитной блокировки полюса ротора и статора продолжают занимать те же относительные положения. Благодаря этому ротор постоянно испытывает однонаправленный крутящий момент в направлении вращающегося магнитного поля. Следовательно, ротор вращается с синхронной скоростью, которая называется синхронной с 9.0003 вращающееся магнитное поле .

         Внешнее устройство, используемое для вращения ротора на скорости, близкой к синхронной, можно снять после установления синхронизма. Затем ор продолжает свое вращение на Ns благодаря магнитному запиранию. По этой причине синхронный двигатель работает только на синхронной скорости и не вращается ни на какой другой скорости, кроме синхронной. Эта операция показана на рисунках (а) и (б) ниже.

             Обмотка возбуждения, т. е. ротор, питается от источника постоянного тока, необходимо поддерживать магнитную блокировку, пока двигатель работает.

Обязательно прочтите:

• Обмотки якоря генератора переменного тока и типы обмоток якоря

            Таким образом, общая процедура запуска синхронного двигателя может быть сформулирована следующим образом: питание на трехфазную обмотку. Это даст вращающееся магнитное поле вращение с синхронной скоростью Нс об/мин.

2. Затем приведите ротор в движение каким-либо внешним средством, например, дизельным двигателем, в направлении вращающегося магнитного поля со скоростью, очень близкой или равной синхронной скорости.

3. Включите подачу постоянного тока на ротор, который создаст полюса ротора. Теперь есть два поля: одно вращающееся магнитное поле, создаваемое статором, а другое создается ротором, который физически вращается почти с той же скоростью, что и 9.0003 вращающееся магнитное поле .

4. В определенный момент оба поля магнитно блокируются. Поле статора приводит поле ротора в синхронизм. Затем внешнее устройство, используемое для вращения ротора, может быть удалено. Но ротор будет продолжать вращаться с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле т.е. Ns из-за магнитной блокировки.

Ключевой момент : Итак, суть обсуждения в том, что для запуска синхронного двигателя требуется какое-то устройство, вращающее ротор со скоростью, очень близкой или равной синхронная скорость .

Вывод:

         Теперь мы обсудили конструкцию и принцип работы синхронного двигателя . Вы можете скачать эту статью в формате pdf, ppt.

Комментарий ниже для любых запросов.

Синхронный двигатель с фазным ротором

Дмитрий Левкин

• Строительство
• Принцип работы
• Синхронная скорость

• Прямой пуск
• Рассинхронизация
• Синхронный конденсатор

Синхронный двигатель с фазным ротором, как и любой вращающийся электродвигатель, состоит из ротора и статора. Статор является неподвижной частью. Ротор – вращающаяся часть. Статор обычно имеет стандартную трехфазную обмотку, а ротор выполнен с обмоткой возбуждения. Обмотка возбуждения соединена с контактными кольцами, на которые питание подается через щетки.

Синхронный двигатель с фазным ротором (щетки не показаны)

Постоянная скорость синхронного двигателя достигается за счет взаимодействия между постоянным и вращающимся магнитным полем. Ротор синхронного двигателя создает постоянное магнитное поле, а статор — вращающееся магнитное поле.

Работа синхронного двигателя основана на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и постоянного магнитного поля ротора

Статор: вращающееся магнитное поле

На обмотки катушек статора подается трехфазное питание переменного тока. В результате получается вращающееся магнитное поле, которое вращается со скоростью, пропорциональной частоте питающего напряжения. Подробнее о том, как вращающееся магнитное поле создается трехфазным напряжением питания, читайте в статье «Трехфазный асинхронный двигатель».

Взаимодействие вращающегося (статор) и постоянного (ротор) магнитных полей

Ротор: постоянное магнитное поле

Обмотка ротора возбуждается источником постоянного тока через контактные кольца. Магнитное поле, создаваемое вокруг ротора, возбуждаемого постоянным током, показано ниже. Очевидно, что ротор ведет себя как постоянный магнит, так как у него такое же магнитное поле (в качестве альтернативы можно представить, что ротор сделан из постоянных магнитов). Рассмотрим взаимодействие ротора и вращающегося магнитного поля. Предположим, вы даете ротору начальное вращение в том же направлении, что и вращающееся магнитное поле. Противоположные полюса вращающегося магнитного поля и ротора будут притягиваться друг к другу и запираться с помощью магнитных сил. Это означает, что ротор будет вращаться с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле, то есть ротор будет вращаться с синхронной скоростью.

Магнитные поля ротора и статора заперты друг относительно друга

Скорость, с которой вращается магнитное поле, может быть рассчитана по следующему уравнению:

,

• где N _с – частота вращения магнитного поля , об/мин,
• f – частота тока статора, Гц,
• p – количество пар полюсов.

Это означает, что скорость синхронного двигателя можно точно регулировать, изменяя частоту питающего тока. Таким образом, эти электродвигатели подходят для высокоточных приложений.

Почему синхронные двигатели не запускаются самостоятельно от сети?

Если ротор не имеет начального вращения, ситуация отличается от описанной выше. Северный полюс магнитного поля ротора притянется к южному полюсу вращающегося магнитного поля и начнет двигаться в том же направлении. Но так как ротор имеет определенный момент инерции, его стартовая скорость будет очень низкой. За это время южный полюс вращающегося магнитного поля сменится северным полюсом. Таким образом, появятся силы отталкивания. В результате ротор начнет вращаться в обратную сторону, а не запустится.

Демпферная обмотка — прямой пуск синхронного двигателя от электрической сети

Для реализации самозапуска синхронного двигателя без системы управления между концами ротора размещена «беличья клетка», которая также называется демпферной обмоткой. При пуске двигателя обмотки ротора не возбуждаются. Под действием вращающегося магнитного поля в витках «беличьей клетки» индуцируется ток, и ротор начинает вращаться так же, как запускаются асинхронные двигатели.

Когда ротор достигает максимальной скорости, питание подается на обмотку возбуждения ротора. В результате полюса ротора сцепляются с полюсами вращающегося магнитного поля, и ротор начинает вращаться с синхронной скоростью. Когда ротор вращается с синхронной скоростью, относительное движение между беличьей клеткой и вращающимся магнитным полем равно нулю. Это означает, что в короткозамкнутых витках ток отсутствует, и поэтому «беличья клетка» не влияет на синхронную работу электродвигателя.

Синхронные электродвигатели имеют постоянную скорость вращения, не зависящую от нагрузки (при условии, что нагрузка не превышает максимально допустимую). Если момент нагрузки больше момента, создаваемого самим электродвигателем, то он выйдет из синхронизма и остановится. Низкое напряжение питания и низкое напряжение возбуждения также могут быть причиной рассинхронизации.

Синхронные двигатели также можно использовать для повышения коэффициента мощности системы. Когда единственной целью использования синхронных двигателей является улучшение коэффициента мощности, они называются синхронными компенсаторами. В этом случае вал двигателя не связан с механической нагрузкой и свободно вращается.

Читайте также

• Синхронный двигатель с постоянными магнитами

  Конструкция и принцип работы синхронного двигателя с постоянными магнитами (СДПМ). Методы контроля БДСМ 12.04.2019

• Гистерезис двигателя

  Конструкция, принцип действия, преимущества и недостатки гистерезисного двигателя 18.04.2019

• Синхронный реактивный двигатель

  Конструкция, принцип работы и особенности синхронного реактивного двигателя 24.07.2019

• Преобразователь частоты

  Конструкция и принцип работы частотно-регулируемого привода: топология силового электрического преобразователя, методы модуляции, методы управления и оценки 14. 04.2021

Синхронный двигатель

ЦЕЛИ

• перечислить основные детали конструкции синхронного двигателя.

• определить и описать амортизирующую обмотку.

• описывать основные операции синхронного двигателя.

• опишите, как на коэффициент мощности синхронного двигателя влияет
недовозбужденное постоянное поле, нормально возбужденное постоянное поле и перевозбужденное
поле постоянного тока.

• перечислите не менее трех промышленных применений синхронного двигателя.

ил. 1 Синхронный двигатель с возбудителем прямого подключения (General Electric Company)

Синхронный двигатель, fgr 1, представляет собой трехфазный двигатель переменного тока, который работает
с постоянной скоростью от холостого хода до полной нагрузки. Этот тип
двигатель имеет вращающееся поле, которое возбуждается отдельно от постоянного тока
источник. В этом отношении он похож на трехфазный генератор переменного тока. Если
поле возбуждения изменяется, коэффициент мощности синхронного двигателя
может варьироваться в широком диапазоне значений отставания и опережения.

Синхронный двигатель используется во многих промышленных приложениях, потому что
фиксированной скоростной характеристики в диапазоне от холостого хода до полной нагрузки.
Этот тип двигателя также используется для коррекции или улучшения коэффициента мощности.
трехфазных промышленных цепей переменного тока, тем самым снижая эксплуатационные расходы.

КОНСТРУКЦИОННЫЕ ДЕТАЛИ

Трехфазный синхронный двигатель в основном состоит из сердечника статора с
трехфазная обмотка (аналогично асинхронному двигателю) вращающееся поле постоянного тока
со вспомогательной или амортизирующей обмоткой и контактными кольцами, щетками и щетками
держатели и два торцевых щита, в которых размещены подшипники, поддерживающие ротор
вал. Амортизирующая обмотка (fgr 2) состоит из медных стержней, заделанных
в ядрах полюсов. Медные стержни этого особого типа «беличьей клетки»
обмотки» приварены к концевым кольцам с каждой стороны ротора.

Обмотка статора и сердечник синхронного двигателя аналогичны
по сравнению с трехфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором и фазным ротором
Индукционный двигатель. Выводы обмотки статора имеют маркировку T1, T2 и T3 и заканчиваются выходной коробкой, установленной сбоку на раме двигателя.

ил. 2 Ротор синхронного двигателя А с амортизирующей обмоткой

Ротор синхронного двигателя имеет явные полюса возбуждения. Поле
катушки соединены последовательно для чередования полярности. Количество роторов
полюсов возбуждения должно быть столько же, сколько полюсов возбуждения статора. Схема поля
выводы выведены на два контактных кольца, установленных на валу ротора для
двигатели щеточного типа. Угольные щетки, установленные в щеткодержателях, соприкасаются
с двумя контактными кольцами. Клеммы цепи возбуждения выведены
из щеткодержателей во вторую клеммную коробку, установленную на раме
двигателя. Выводы цепи возбуждения имеют маркировку F и F A типа «беличья клетка»,
или амортизирующий, обмотка предусмотрена для пуска, так как синхронный
двигатель не запускается без этой функции. Ротор, изображенный на
2 имеет явно выраженные полюса и амортизирующую обмотку.

Синхронный двигатель снабжен двумя торцевыми щитами. Один из торцевых щитов
больше, чем второй экран, потому что в нем находится держатель щетки постоянного тока
монтажные и контактные кольца. Используются либо подшипники скольжения, либо шарикоподшипниковые узлы.
служит для поддержки вала ротора. Подшипники также размещены в конце
щиты мотора.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Когда к обмоткам статора приложено номинальное трехфазное напряжение,
возникает вращающееся магнитное поле. Это поле перемещается синхронно
скорость. Как указывалось в предыдущих блоках, синхронная скорость магнитного
поле зависит от частоты трехфазного напряжения и количества
полюсов статора. Следующая формула используется для определения синхронного
скорость.

Синхронная скорость = (120 x частота) / количество полюсов

S = (120xf) / p

Магнитное поле, создаваемое обмотками статора, распространяется со скоростью
синхронной скорости и пересекает короткозамкнутую обмотку ротора.
В стержнях обмотки ротора индуцируются как напряжение, так и ток.
Результирующее магнитное поле амортизирующей (беличьей клетки) обмотки
реагирует с полем статора, создавая крутящий момент, который заставляет ротор
повернуть.

Скорость вращения ротора увеличится до точки чуть ниже
синхронная скорость статора, около 92 процентов до 97 процентов от
номинальная скорость двигателя. Есть небольшое скольжение в скорости вращения ротора.
отстает от скорости магнитного поля, создаваемого статором. Другими словами,
двигатель запускается как асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Цепь возбуждения теперь подключена к источнику постоянного тока и зафиксирована.
магнитные полюса установлены в сердечниках ротора. Магнитные полюса
ротора притягиваются к разным магнитным полюсам магнитного поля
устанавливается статором.

на рис. 20-3 и 20-4 показано, как полюса ротора замыкаются в разные стороны.
полюса поля статора. Как только полюса поля заблокированы, скорость ротора
становится такой же, как скорость магнитного поля, создаваемого статором
обмотки. Другими словами, скорость ротора теперь равна синхронной
скорость.

Помните, что синхронный двигатель всегда должен запускаться как трехфазный,
асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором с отключенным возбуждением постоянным полем.
Цепь возбуждения постоянного тока добавляется только после того, как ротор разгоняется до значения
около синхронной скорости. В этом случае двигатель будет работать как синхронный.
двигатель, синхронизированный с вращающимся полем статора.

При попытке пуска трехфазного синхронного двигателя сначала
подача питания на цепь возбуждения постоянного тока, а затем подача трехфазного напряжения
к обмоткам статора, двигатель не запустится, так как чистый крутящий момент
ноль, В момент подачи трехфазного напряжения на обмотки статора,
магнитное поле, создаваемое током статора, поворачивается синхронно
скорость. Ротор с его магнитными полюсами фиксированной полярности притягивается
сначала непохожим полюсом статора и пытается повернуться в этом направлении.
Однако, прежде чем ротор сможет повернуться, другой полюс статора противоположной полярности
перемещается в исходное положение, а затем ротор пытается повернуться в противоположном направлении.
направление. Из-за этого действия чередующихся полюсов чистый крутящий момент
равен нулю и двигатель не запускается.

ил. 3 Схема, показывающая принцип работы синхронного
двигатель; больной. 4 Пуск синхронных двигателей (ОТТЯЖЕНИЕ МЕЖДУ РАЗЛИЧНЫМИ
СТОЛБЫ)

Полевое возбуждение постоянным током

В ранних моделях цепь возбуждения возбуждалась от внешнего источника постоянного тока.
источник. Генератор постоянного тока может быть соединен с валом двигателя для питания
постоянный ток возбуждения.

илл. 5 показаны соединения для синхронного двигателя. Полевой реостат
в цепи раздельно возбужденного поля изменяется ток в поле
схема. Изменения тока поля влияют на силу магнитного поля.
поле, создаваемое вращающимся ротором. Изменения напряженности поля ротора
не влияют на двигатель, который продолжает работать с постоянной скоростью.
Однако изменения в возбуждении постоянного поля изменяют коэффициент мощности.
синхронного двигателя.

Бесщеточное твердотельное возбуждение

Улучшением возбуждения синхронного двигателя является развитие
бесщеточный возбудитель постоянного тока. Коммутатор обычного прямого включения
возбудитель заменен на трехфазный твердотельный выпрямитель мостового типа.
Затем выход постоянного тока подается непосредственно на обмотку возбуждения двигателя. упрощенный
Схема показана на рис. 6. Стационарное полевое кольцо для возбудителя переменного тока.
получает постоянный ток от небольшого выпрямителя в шкафу управления двигателем. Этот выпрямитель
питается от источника переменного тока. Поле постоянного тока возбудителя также регулируется.
Твердотельные диоды выпрямителя изменяют выход переменного тока возбудителя на постоянный. Этот постоянный ток
является источником возбуждения полюсов поля ротора. Силиконовый
выпрямители, активируемые полупроводниковой схемой управления полем, замените
электромеханические реле и контакторы обычного щеточного типа
синхронный двигатель.

ил. 5 Внешние соединения для синхронного двигателя

Резистор полевого разряда вставлен во время запуска двигателя. На моторе
синхронизируя скорость втягивания, цепь полевого разряда автоматически
открыт, и возбуждение постоянного тока применяется к полюсным обмоткам возбуждения ротора. Возбуждение
автоматически удаляется, если двигатель выходит из строя (синхронизация)
из-за перегрузки или падения напряжения. Бесщеточный ротор показан на рис. 7. На валу ротора установлен якорь возбудителя переменного тока,
выход переменного тока которого выпрямляется кремниевыми диодами в постоянный. Эта система устраняет проблемы с щетками и коллекторами. (Статор
бесщеточный двигатель аналогичен щеточному двигателю.)

ил. 6 Упрощенная схема бесколлекторного синхронного двигателя:
КОМПОНЕНТЫ, УСТАНОВЛЕННЫЕ НА РОТОР ДВИГАТЕЛЯ

ил. 7 Ротор бесколлекторного синхронного двигателя.

Коэффициент мощности

Плохой отстающий коэффициент мощности возникает при уменьшении тока возбуждения.
ниже нормы, вставив все сопротивление реостата в
полевой контур. Трехфазная цепь переменного тока к статору подает некоторое намагничивающее напряжение.
ток, который помогает усилить слабое поле постоянного тока. Эта намагничивающая составляющая
тока отстает от напряжения на 90 электрических градусов. Поскольку намагничивание
составляющая тока становится большой частью общего потребляемого тока, а
результаты с низким запаздыванием коэффициента мощности.

Если усилить слабое постоянное поле, коэффициент мощности улучшится. Как результат,
трехфазная цепь переменного тока к статору обеспечивает меньший ток намагничивания.
Намагничивающая составляющая тока становится меньшей частью полного
ток, подаваемый на обмотку статора, и коэффициент мощности увеличивается. Если
напряженность поля увеличивается в достаточной степени, коэффициент мощности увеличивается
до единицы или 100 процентов. При достижении значения коэффициента мощности, равного единице,
трехфазная цепь переменного тока не подает ток, а постоянное поле
схема обеспечивает весь ток, необходимый для поддержания мощного ротора
поле. Величина возбуждения постоянного поля, необходимая для достижения единичной мощности
фактор называется возбуждением нормального поля.

Если магнитное поле ротора дополнительно усилить за счет увеличения
ток поля постоянного тока выше нормального значения возбуждения поля, мощность
фактор снижается. Однако коэффициент мощности является ведущим, когда постоянное поле
перевозбуждение, Трехфазная цепь переменного тока, питающая обмотку статора, обеспечивает
размагничивающая составляющая тока, противодействующая слишком сильному ротору
поле. Это действие приводит к ослаблению поля ротора до нормального
магнитная сила.

Диаграммы в fgr 8 показывают, как поле постоянного тока усиливается или противодействует
магнитным полем, создаваемым обмотками переменного тока. В фгр 8 предполагается, что постоянное поле стационарно и вращающийся якорь подключен
к источнику переменного тока. Имейте в виду, что большинство синхронных двигателей имеют
стационарные обмотки переменного тока и вращающееся поле постоянного тока. Однако в любом случае
принцип работы тот же.

ил. 8 Возбуждение поля в синхронном двигателе.

илл. 9 показаны две характеристические рабочие кривые для трехфазного
синхронный двигатель. При нормальном возбуждении полным полем коэффициент мощности
имеет пиковое значение, равное единице или 100 процентов, а ток статора переменного тока составляет
его наименьшее значение. По мере уменьшения значения постоянного тока поля мощность
фактор уменьшается в лаговом квадранте, и в результате происходит быстрый рост
в переменном токе статора. Если постоянный ток возбуждения увеличивается выше
нормальное значение возбуждения поля, коэффициент мощности уменьшается в ведущем квадранте, что приводит к быстрому увеличению тока статора переменного тока.

Было показано, что синхронный двигатель работает с перевозбуждением
постоянное поле имеет ведущий коэффициент мощности. По этой причине трехфазный синхронный
двигатель часто подключается к трехфазной промышленной фидерной цепи, имеющей
низкий запаздывающий коэффициент мощности. Другими словами, синхронный двигатель с
перевозбужденное постоянное поле скорректирует коэффициент мощности промышленного
фидерная цепь.

ил. 9 Рабочие характеристики синхронных двигателей

В фгр 10 подключены два асинхронных двигателя с отстающими коэффициентами мощности
к промышленной фидерной цепи. Синхронный двигатель, подключенный к
тот же фидер работает с перевозбужденным постоянным полем. Поскольку синхронный
двигатель можно отрегулировать так, чтобы результирующий коэффициент мощности был ведущим,
коэффициент мощности промышленного фидера можно корректировать до достижения
значение, близкое к единице или 100 процентам.

Реверсивное вращение

Направление вращения синхронного двигателя меняется на противоположное путем замены
любые два из трех выводов линии, питающие обмотку статора. Направление
вращения двигателя не изменится, если два проводника постоянного тока
источники взаимозаменяемы.

ил. 10 Синхронный двигатель, используемый для корректировки коэффициента мощности.

ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Трехфазный синхронный двигатель используется, когда первичный двигатель, имеющий
требуется постоянная скорость от состояния холостого хода до полной нагрузки, такая
как вентиляторы, воздушные компрессоры и насосы. Синхронный двигатель используется в некоторых
промышленные приложения для управления механической нагрузкой, а также для корректировки мощности
фактор. В некоторых приложениях этот тип двигателя используется только для корректировки
коэффициент мощности промышленной энергосистемы. Когда синхронный двигатель
используется только для корректировки коэффициента мощности и не приводит в действие какие-либо механические
нагрузки, он служит той же цели, что и батарея конденсаторов, используемая для питания
факторная коррекция. Поэтому в такой установке двигатель называется
асинхронный конденсатор.

Двигатели синхронные трехфазные мощностью до 10 лошадиных сил, обычно
запускаются непосредственно при номинальном трехфазном напряжении. Синхронный
двигатели больших размеров запускаются через пусковой компенсатор или
автоматический стартер. При этом типе пуска напряжение, подаваемое на
клеммы двигателя в момент пуска составляет примерно половину значения
ограничивается номинальное линейное напряжение и пусковой бросок тока.

ОБЗОР

Синхронный двигатель переменного тока используется там, где необходимо поддерживать постоянную скорость.
Как следует из названия, двигатель будет работать с расчетной синхронной скоростью.
Принцип, используемый в более крупных трехфазных синхронных двигателях, заключается в обеспечении
постоянное поле для ротора. Методы могут различаться в зависимости от применения
Округ Колумбия. Некоторые двигатели используют внешний источник постоянного тока и подают постоянный ток на ротор.
через контактные кольца. Другие двигатели будут управлять магнитным полем на роторе и использовать полупроводниковые выпрямители для создания постоянного тока в роторе. В любом случае,
поле ротора может изменить коэффициент мощности синхронного двигателя и позволить ему действовать как источник опережающего коэффициента мощности, тем самым корректируя
нормальный коэффициент отстающей мощности промышленной энергосистемы.

ВИКТОРИНА ПО ОБЗОРУ :

A. Полностью ответьте на следующие вопросы.

1. Перечислите основные части трехфазного синхронного двигателя. _____

2. Что такое амортизирующая обмотка?

3. Объясните правильную процедуру запуска синхронного двигателя.
_______

4. Трехфазный синхронный двигатель с шестью полюсами статора и шестью роторами.
полюсов работает от трехфазной 60-герцовой линии правильного напряжения
рейтинг. Определить скорость двигателя.

5. Как достигается опережающий коэффициент мощности при трехфазной синхронной
двигатель?

6. Для чего нужен реостат в отдельно возбуждаемом постоянном поле?
схема синхронного двигателя? ____

7. Как определяется направление вращения трехфазного синхронного двигателя
наоборот?

8. Назовите два важных применения трехфазных синхронных двигателей.

9. Что такое синхронный конденсатор?

B. Выберите правильный ответ для каждого из следующих утверждений и поставьте соответствующую букву в отведенном месте.

10. Синхронный двигатель должен быть запущен

а. с полным постоянным током в цепи возбуждения.

б. со слабым постоянным током в цепи возбуждения.

в. как асинхронный двигатель.

д. когда коэффициент мощности низкий.

11. Скорость синхронного двигателя

а. постоянна от холостого хода до полной нагрузки.

б. падает с холостого хода до полной нагрузки.

в. увеличивается от холостого хода до полной нагрузки.

д. изменяется от холостого хода до полной нагрузки.

12. Синхронный двигатель с недовозбужденным полем постоянного тока имеет:

а. ведущим фактором мощности.

б. отстающий коэффициент мощности.

в. меньше синхронная скорость.

д. нет эффекта.

13. Коэффициент мощности синхронного двигателя можно изменять путем изменения
номер:

а. полярность кисти.

б. чередование фаз.

в. скорость вращения.

д. Полевое возбуждение.

14. Синхронный двигатель, работающий от сети трехфазного напряжения, служит
та же функция коррекции коэффициента мощности, что и у _______

а. банк резисторов.

б. банк конденсаторов.

в. асинхронный двигатель.

д. двигатель с фазным ротором.

Принцип работы синхронного двигателя и его конструкция

Введение

Мы узнали о различных типах электродвигателей в нашей предыдущей статье. Теперь начнем знакомиться с этими моторами по отдельности. В этой статье мы рассмотрим теорию работы синхронного двигателя и его работу.

Основной принцип одинаков для всех двигателей. Именно взаимная индукция между обмотками статора и ротора обеспечивает работу любого двигателя. Также, когда 3-фазная обмотка питается от 3-фазного источника питания, создается магнитный поток постоянной величины, но вращающийся с синхронной скоростью.

Чтобы легко понять работу синхронного двигателя, рассмотрим только два полюса статора и ротора. Что касается рисунка, статор имеет два полюса Ns и Ss. Эти полюса под напряжением создают вращающееся магнитное поле, которое можно предположить, что сами полюса вращаются по кругу. Они вращаются с синхронной скоростью и примем направление вращения по часовой стрелке. Если полюса ротора находятся в положении, показанном на рисунке, мы все знаем, что «Как столбы отталкиваются друг от друга» . Итак, северный полюс статора отталкивает северный полюс ротора. Также южный полюс статора отталкивает южный полюс ротора. Это заставляет ротор вращаться в направлении против часовой стрелки, таким образом, через полпериода полюса статора меняются местами, заставляя их выровняться с «непохожими полюсами», которые притягиваются друг к другу . т.е. южный полюс статора и северный полюс ротора притягиваются и магнитно блокируются.

В этом положении полюса Ns притягивают S, а полюса Ss притягивают N. Эти противоположные разные полюса ротора и статора начинают вращаться в том же направлении, что и полюса статора. Это заставляет ротор вращаться в одном направлении и с синхронной скоростью, которая равна скорости вращения полюсов статора. Таким образом, поскольку положение полюсов статора продолжает меняться с высокой скоростью и реверсированием, полюса ротора также вращаются и реверсируются так же, как и статор, заставляя ротор вращаться с постоянной синхронной скоростью и в том же направлении.

Принцип работы

Когда двигатель питается от сети переменного тока. питания, полюса статора находятся под напряжением. Это, в свою очередь, притягивает (противоположные) полюса ротора, таким образом, полюса статора и ротора магнитно блокируются. Именно эта блокировка заставляет ротор вращаться с той же синхронной скоростью, что и полюса статора. Синхронная скорость вращения определяется выражением Ns=120f/P.

Когда нагрузка на двигатель постепенно увеличивается, ротор, даже если он работает с той же скоростью, имеет тенденцию постепенно отставать по фазе на некоторый угол «β», называемый углом нагрузки или углом сцепления. Этот угол нагрузки зависит от величины нагрузки, на которую рассчитан двигатель. Другими словами, мы можем интерпретировать, как крутящий момент, развиваемый двигателем, зависит от угла нагрузки «β».

Электрическую работу синхронного двигателя можно сравнить с передачей мощности механическим валом. На рисунке показаны два шкива «А» и «В». Предполагается, что шкив «А» и шкив «В» закреплены на одном и том же валу. Шкив «А» передает мощность от привода через вал, в свою очередь заставляя вращаться шкив «В», тем самым передавая мощность на нагрузку.

Два шкива, соединенных шпонкой с одним и тем же валом, можно сравнить с блокировкой между полюсами статора и ротора.

Если нагрузка увеличивается, шкив «В» передает увеличение нагрузки на вал, что проявляется в скручивании вала.

Таким образом, скручивание вала можно сравнить с падением ротора по фазе со статором.

Угол поворота можно сравнить с углом нагрузки «β». Также, когда нагрузка увеличивается, сила скручивания и угол скручивания увеличиваются, таким образом, угол нагрузки «β» также увеличивается.

Если нагрузка на шкив «В» увеличивается до такой степени, что вызывает скручивание и поломку вала, то передача мощности через вал прекращается, так как вал ломается. Это можно сравнить с выходом ротора из синхронизма с полюсами статора.

Таким образом, синхронные двигатели могут работать либо на синхронной скорости, либо останавливаться.

Процедура запуска

Все синхронные двигатели оснащены «беличьей клеткой», состоящей из медных стержней, короткозамкнутых с обоих концов. Эти обмотки также служат для самозапуска синхронного двигателя. Во время пуска они легко запускаются и действуют как асинхронные двигатели. Для запуска синхронного двигателя линейное напряжение подается на клеммы статора, а клеммы возбуждения (ротор) остаются невозбужденными. Он запускается как асинхронный двигатель и при достижении скорости около 95% от его синхронной скорости, на ротор подается слабое возбуждение постоянного тока, что заставляет ротор выравниваться синхронно со статором (в этот момент полюса статора и ротора сцепляются друг с другом и, следовательно, приводят двигатель в синхронизм).

Колебание/помпаж/качание фазы

Колебание или скачок фазы синхронного двигателя вызвано либо

1. Переменной нагрузкой
2. Пульсация частоты питания

Когда синхронный двигатель нагружен , насосы, ножницы и т. д.), по мере увеличения нагрузки его ротор отклоняется назад на угол сцепления «β». При дальнейшем увеличении нагрузки этот угол «β» еще больше увеличивается, чтобы справиться с возросшей нагрузкой. В этой ситуации, если нагрузка внезапно уменьшается, ротор выходит за пределы допустимого, а затем оттягивается назад, чтобы соответствовать новой нагрузке на двигатель.Таким образом, ротор начинает колебаться, как маятник, вокруг своего нового положения, соответствующего новой нагрузке, пытаясь восстановить равновесие либриум. Если период этих колебаний совпадает с собственной частотой машины, то возникает резонанс, который может вывести машину из синхронизма. Для гашения таких колебаний используются «демпферы» или «демпфирующие сетки», известные как «беличья клетка».

Сравнение асинхронных и синхронных двигателей:

Применение синхронных двигателей:

• Эти двигатели используются в качестве первичных двигателей (приводов) для центробежных насосов, поршневых компрессоров с ременным приводом, воздуходувок, бумажных фабрик, резиновых заводов. и т. д., из-за их высокой эффективности и высоких скоростей (об/мин выше 600).
• Низкоскоростные синхронные двигатели (об/мин ниже 600) широко используются для привода многих поршневых насосов, таких как винтовые и шестеренные насосы, вакуумные насосы, измельчители, металлопрокатные станы, машины для прокатки алюминиевой фольги и т. д.
• Эти двигатели также широко используются на кораблях. Навигационное оборудование корабля, такое как гирокомпас, использует особый тип синхронного двигателя. Они также используются в качестве первичных двигателей для Visco-Therm или вискозиметра, устройства для измерения/регулирования вязкости жидкого топлива главного двигателя.
• Большинство заводов и производств используют бесконечное количество индуктивных нагрузок. Они могут варьироваться от ламповых ламп до мощных асинхронных двигателей. Таким образом, эти индуктивные нагрузки имеют сильно отстающий коэффициент мощности. Синхронный двигатель с перевозбуждением (синхронный конденсатор), имеющий опережающий коэффициент мощности, используется для улучшения коэффициента мощности этих систем питания.
• Эти двигатели также используются для регулирования напряжения, когда происходит резкое падение/повышение напряжения при включении/выключении большой индуктивной нагрузки в конце длинных линий электропередачи.
• Синхронные двигатели могут работать на сверхнизких скоростях с помощью мощных электронных преобразователей, которые генерируют очень низкие частоты. Примерами таких двигателей являются двигатели мощностью 10 МВт, используемые для привода дробилок, вращающихся печей и шаровых мельниц с регулируемой скоростью.

Кредиты

Трансформаторы и двигатели Джорджа Шульца.

. Авторы изображений. Среди трехфазных асинхронных двигателей наибольшее распространение получили синхронные двигатели.

Принцип работы и методы пуска синхронных двигателей

В зависимости от типа ввода мы разделили его на однофазные и трехфазные двигатели. Среди трехфазных асинхронных двигателей наибольшее распространение получили синхронные двигатели.

Когда трехфазные электрические проводники размещаются в определенных геометрических положениях (под определенным углом друг к другу), возникает электрическое поле. Теперь вращающееся магнитное поле вращается с определенной скоростью, эта скорость называется синхронной скоростью. Теперь, если электромагнит присутствует в этом вращающемся магнитном поле, электромагнит магнитно заперт с этим вращающимся магнитным полем и вращается с той же скоростью, что и вращающееся поле. Синхронные двигатели называются так потому, что скорость вращения ротора этого двигателя такая же, как и вращающееся магнитное поле. По сути, это двигатель с фиксированной скоростью, потому что он имеет только одну скорость, которая является синхронной скоростью, и, следовательно, нет промежуточной скорости или, другими словами, он синхронизирован с частотой сети. Синхронная скорость равна

Конструкция

Обычно его конструкция почти аналогична конструкции трехфазного асинхронного двигателя. объяснил позже. Теперь давайте сначала рассмотрим базовую конструкцию двигателя этого типа

Из приведенного выше рисунка ясно, как устроены двигатели этого типа. На статор подается трехфазное питание, а на ротор подается постоянный ток.

Основные характеристики синхронных двигателей

§  Синхронные двигатели по своей природе не являются самозапускающимися. Им требуются некоторые внешние средства, чтобы приблизить их скорость к синхронной скорости до того, как они будут синхронизированы.

§  Скорость работы синхронизирована с частотой сети, и, следовательно, при постоянной частоте сети они ведут себя как двигатели с постоянной скоростью независимо от состояния нагрузки

§  Данный двигатель обладает уникальными характеристиками работы при любом коэффициенте мощности. Это позволяет использовать его для улучшения коэффициента мощности.

Принцип действия

Синхронный двигатель представляет собой машину с двойным возбуждением, т. е. к нему предусмотрены два электрических ввода. Его статорная обмотка, состоящая из трехфазной обмотки, питается трехфазным питанием, а ротор питается постоянным током. Трехфазная обмотка статора, по которой текут трехфазные токи, создает трехфазный вращающийся магнитный поток. Ротор, питающийся постоянным током, также создает постоянный поток. Считая частоту равной 50 Гц, из приведенного выше соотношения видно, что трехфазный вращающийся поток совершает около 3000 оборотов за 1 мин или 50 оборотов за 1 секунду. В определенный момент полюса ротора и статора могут иметь одинаковую полярность (N-N или S-S), вызывая отталкивающую силу на роторе, а в следующую секунду полюса NS будут вызывать силу притяжения. Но из-за инерции ротора он не может вращаться ни в какую сторону из-за силы притяжения или отталкивания и оставаться в состоянии покоя. Следовательно, это не самозапуск.

Чтобы преодолеть эту инерцию, ротор сначала получает некоторый механический вход, который вращает его в том же направлении, что и магнитное поле, до скорости, очень близкой к синхронной скорости. Через некоторое время происходит магнитная блокировка, и синхронный двигатель начинает вращаться синхронно с частотой.

Способы пуска синхронного двигателя

1.     Синхронные двигатели механически связаны с другим двигателем. Это может быть трехфазный асинхронный двигатель или шунтирующий двигатель постоянного тока. Возбуждение постоянным током изначально не подается. Он вращается со скоростью, очень близкой к его синхронной скорости, после чего подается возбуждение постоянным током. Через некоторое время, когда происходит магнитная блокировка, питание внешнего двигателя отключается.

2.     Демпферная обмотка: В случае синхронного двигателя с явно выраженными полюсами дополнительная обмотка размещается в торце полюса ротора. Первоначально, когда ротор находится в состоянии покоя, относительная скорость между демпферной обмоткой и вращающимся воздушным зазором течет в большом потоке и в нем индуцируется ЭДС, которая создает требуемый пусковой момент. Когда скорость приближается к синхронной скорости, ЭДС и крутящий момент уменьшаются, и, наконец, когда происходит магнитная блокировка, крутящий момент также уменьшается до нуля. Следовательно, в этом случае синхронный двигатель сначала запускается как трехфазный асинхронный двигатель с дополнительной обмоткой и, наконец, синхронизируется с частотой.

Учебный материал, Лекционные заметки, Задание, Справочник, Вики-описание, объяснение, краткая информация

Электротехника и контрольно-измерительные приборы: Асинхронные машины и синхронные машины: Принцип работы и методы запуска синхронных двигателей |

Работа синхронного двигателя

10 апреля 2014 г.

Синхронные двигатели широко используются в промышленности для высокоточных приложений. В этой статье дается иллюстративное и логическое объяснение его работы.

Представление синхронного двигателя

Как следует из названия, синхронные двигатели способны работать с постоянной скоростью независимо от действующей на них нагрузки. В отличие от асинхронных двигателей, где скорость двигателя зависит от действующего на них крутящего момента, синхронные двигатели имеют постоянную крутящий момент.
Синхронные двигатели имеют более высокий КПД (коэффициент преобразования электрической энергии в механическую), чем их аналоги. Его эффективность колеблется в пределах 90 – 92%

Рис.1 Синхронные двигатели представляют собой машины с высокой эффективностью и точностью

Принцип работы — взаимодействие постоянного магнитного поля RMF

Характеристика постоянной скорости достигается за счет взаимодействия между постоянным и вращающимся магнитным полем. Ротор синхронного двигателя создает постоянное магнитное поле, а статор создает вращающееся магнитное поле.

Рис. 2. Взаимодействие между вращающимся и постоянным магнитным полем помогает достичь характеристики постоянной скорости

Статор – Вращающееся магнитное поле

Катушка возбуждения статора возбуждается трехфазным источником переменного тока. Это создаст вращающееся магнитное поле (RMF), которое вращается с синхронной скоростью. Способ получения RMF с трехфазным возбуждением переменного тока объясняется в отдельной статье. RMF, создаваемое в синхронном двигателе, и его направление отмечено на рис. 2

Ротор — постоянное магнитное поле

Ротор возбуждается источником питания постоянного тока, магнитное поле, создаваемое вокруг катушки ротора возбуждением постоянного тока, показано ниже. Понятно, что благодаря такому магнитному полю ротор действует как постоянный магнит. В качестве альтернативы ротор также может быть изготовлен из постоянного магнита.
Интересно взаимодействие Ротора и RMF. Предположим, вы даете начальное вращение ротору с тем же направлением RMF. Вы можете видеть, что противоположные полюса RMF и ротора будут притягиваться друг к другу, и они будут магнитно заблокированы. Это означает, что ротор будет вращаться с той же скоростью, что и RMF, или ротор будет вращаться с синхронной скоростью.

Рис.3 На первом рисунке противоположные полюса RMF и полюса ротора притягиваются, ротор уже вращается: На втором рисунке полюса магнитно заблокированы

Синхронная скорость

Скорость, с которой вращается RMF, или синхронную скорость можно легко получить следующим образом.

N _s = 120ƒ ∕P

Из соотношения видно, что скорость синхронного двигателя Ns(об/мин) прямо пропорциональна частоте электричества f(Гц). P представляет число полюсов ротора . Это означает, что если у вас есть контроль над частотой электричества, скорость синхронного двигателя можно очень точно контролировать. По этой причине они подходят для высокоточных приложений.

Почему синхронные двигатели не запускаются самостоятельно?

Но если у ротора нет начального вращения, то ситуация совсем другая. Северный полюс ротора, очевидно, притянется к южному полюсу RMF и начнет двигаться в том же направлении. Но так как у ротора есть некоторая инерция, эта стартовая скорость будет очень низкой. К этому времени Южный полюс РМФ сменится Северным полюсом. Так это придаст отталкивающую силу. Это заставит ротор двигаться назад. В результате ротор не сможет запуститься.

Рис.4 На первом рисунке противоположные полюса RMF и ротора притягиваются, когда ротор не имеет начального вращения: На 2-м рисунке это становится силой отталкивания

Таким образом, можно резюмировать, что синхронные двигатели по своей природе не являются самозапускающимися.

Изготовление синхронного двигателя с автоматическим запуском – использование демпфирующей обмотки

Для обеспечения автоматического запуска синхронного двигателя через наконечники полюсов хитроумно устанавливается короткозамкнутая клетка. Их еще называют демпферными обмотками.

Рис.5 Демпферная обмотка (беличья клетка) установлена ​​через полюса ротора

При пуске катушки возбуждения ротора не запитаны. Таким образом, при вращающемся магнитном поле электричество индуцируется в стержнях с короткозамкнутым ротором, и ротор начинает вращаться так же, как запускается асинхронный двигатель.

Рис.:6 Демпферная обмотка помогает синхронному двигателю запуститься так же, как асинхронный двигатель.

Когда ротор достигает максимальной скорости, возбуждаются катушки возбуждения ротора. Итак, как обсуждалось ранее, полюса ротора блокируются полюсами RMF и начинают вращаться с синхронной скоростью. Когда ротор вращается с синхронной скоростью, относительное движение между беличьей клеткой и RMF равно нулю. Это означает нулевой ток и усилие на стержнях с короткозамкнутым ротором, поэтому это не повлияет на синхронную работу двигателя.

Синхронный двигатель не синхронизирован

Синхронные двигатели будут обеспечивать постоянную скорость независимо от нагрузки двигателя, только если нагрузка находится в пределах возможностей двигателя. Если внешняя нагрузка по крутящему моменту больше, чем крутящий момент, создаваемый двигателем, он выйдет из синхронизма и остановится. Другими причинами выхода из синхронизма являются низкое напряжение питания и напряжение возбуждения.