Расчет трехфазного синхронного двигателя
Проектное задание:
1. Номинальная мощность 
2. Номинальное напряжение (линейное) 
3. Номинальная частота вращения 
4. Частота 
5. 
6. Кратность максимального момента 
Режим работы — продолжительный.
Номинальные величины
1. Номинальное фазное напряжение (предполагается, что обмотка статора соединена в звезду)
2. Номинальная полная мощность
исходя из
номинальных данных машины
3. Номинальный фазный ток
4. Число пар полюсов
5. Расчетная мощность
-коэффициент
представляющий собой отношение ЭДС в якоре при номинальной нагрузке к
номинальному напряжению. При работе синхронного двигателя с опережающим током и
Размер статора
6. Графическим методом предварительно определяем внутренний диаметр
статора для 
при 
7. Внешний диаметр статора
-имеет значение в
зависимости от числа полюсов
По табличным данным выбираем ближайший нормализованный внешний диаметр статора(Габарит №11):
-высота оси вращения
8. Полюсное деление
9. Расчетная длина статора. По графикам для 
при р=3 находим 
. Задаемся: 
-зависят от размеров
и конфигурации полюсного наконечника, а так же воздушного зазора и полюсного
деления. Они берутся предварительно.
- обмоточный
коэффициент. Определяется предварительно 
, что соответствует
шагу обмотки 
10. Находим 
- удовлетворяет
заданному промежутку значений при р=3
11. Действительная длина статора
12. Число вентиляционных каналов при 
Из этого предела
выбираем целое значение 
13. Длина пакета
14. Суммарная длина пакетов магнитопровода
Зубцовая зона статора.
15. Число параллельных ветвей обмотки статора.
Так как 
16. По графику для находим
17. Максимальное число пазов (зубцов) магнитопровода статора
18. Минимальное число пазов (зубцов) магнитопровода статора
19. Число пазов магнитопровода статора
Так как 
то сердечник
выполняется не сегментированным
Выберем значение Z1 из заданного промежутка Z1min…Z1max, чтобы удовлетворяла условиям:
а) Z1 должно быть кратным числу фаз m и числу параллельных ветвей а б) 
должно быть целым
или дробным вида 
- при дробном
числе пазов на полюс и фазу 
-
целое число
-при целом числе
пазов на полюс и фазу 
- целое
число
Выберем Z1=54
При этом 
20. Расчет числа проводников в пазу 
Уточненная линейная нагрузка
Пазы и обмотка статора
21. Ширина паза (предварительно)
22. Поперечное сечение эффективного проводника обмотки статора (предварительно)
где
23. Возможная ширина изолированного проводника
Изоляция катушек
выбрани для класса нагревостойкости «В». Двусторонняя толщина изоляции 
Предварительная ширина элементарного проводника с изоляцией
24. Размеры проводников обмотки статора. Принимаем,
что эффективный проводник состоит из двух элементарных.(
) Марка провода ПСД
с толщиной двухсторонней изоляции 0,33. Толщина изоляции элементарного
проводника 0,05. Ширина голого прямоугольного проводника 
Выберем
стандартные значения 
и 
равные 
.
25. Ширина паза
- допуски на
разбухание изоляции
- технологические
допуски на укладку
26. Высота паза
- суммарная толщина
изоляции по высоте паза
- высота клина
-
допуски на разбухание изоляции
- технологические
допуски на укладку
Эскиз паза изображен на рис.1 в масштабе 4:1
рис.1
Спецификация паза:
|
Наименование |
Число слоев |
Толщина,мм |
|||
|
по шир. |
по выс. |
по шир. |
по выс. |
||
|
1 |
Провод ПСД 2,65*4(3,03*8,43) |
1 |
9 |
8,43 |
30,3 |
|
2 |
Лента стеклослюдинитовая ЛС 0.13мм |
3 |
впол нахлеста |
2,00 |
2 |
|
3 |
Лента стеклянная ЛЭС (покровная) 0.1мм |
1 |
встык |
0.2 |
0.2 |
|
Двусторонняя толщина изоляции одной катушки |
- |
- |
2,20 |
2,2 |
|
|
4 |
Стеклотекстолит СТ1 толщиной 1мм |
- |
2 |
- |
2 |
|
5 |
Стеклотекстолит СТ1 толщиной 0.5мм |
- |
2 |
- |
1 |
|
Общая толщина изоляции на паз |
- |
- |
2,20 |
7,40 |
|
|
Разбухание изоляции |
- |
- |
0,10 |
0,45 |
|
|
Допуск на укладку |
- |
- |
0,20 |
0,2 |
|
|
6 |
Клин |
- |
- |
- |
5 |
|
Всего |
- |
- |
10,93 |
43,35 |
27. Уточненное значение плотности тока в проводнике обмотки статора
28. Проверка индукции в зубце статора (приближенно)
- коэффициент
заполнения пакета для лакированных листов толщиной 
29. Проверка индукции в ярме статора (приближенно)
- расчетный
коэффициент полюсного перекрытия
и 
находятся в
допустимых пределах
30. Перепад температуры в изоляции паза
-теплопроводность изоляции
– для изоляции, выполненной по способу «монолит», 
-коэффициент
добавочных потерь
31. Градиент температуры в изоляции паза
32. Витки фазы обмотки статора
33. Шаг обмотки
где
34. Коэффициент укорочения шага
35. Коэффициент распределения обмотки статора
36. Обмоточный коэффициент
Воздушный зазор и полюсы ротора
37. Исходя из заданного из заданного отношения 
по графику находим 
Приближенное значение воздушного зазора
где
38. Принимаем воздушный зазор под серединой полюса равным 
(3,5мм). Зазор над
краями полюса 
39. Ширина полюсного наконечника определяется
- коэффициент
полюсного перекрытия(конструктивный)
40. Радиус дуги полюсного наконечника
41. Высота полюсного наконечника при
42. Длина сердечника полюса и полюсного наконечника
43. Расчетная длина сердечника полюса. Принимаем 
- толщина одной
нажимной щеки полюса
44. Предварительная высота полюсного сердечника
45. Коэффициент рассеяния полюсов находится
- коэффициент,
зависящий от высоты полюсного наконечника
46. Ширина полюсного сердечника определяется
- коэффициент заполнения
полюса сталью толщиной 0,5 [мм]
Так как
, то принимаем
крепление полюсов шпильками к ободу магнитного колеса.
47. Длина ярма (обода) ротора
- для средних машин
48. Минимальная высота ярма ротора
Принимаем 
; hj
уточняем по чертежу.
Пусковая обмотка
49. Число стержней пусковой обмотки на полюс
50. Поперечное сечение стержня пусковой обмотки
51. Диаметр стержня, материал стержня – медь;
Выбираем 
, тогда 
52. Зубцовый шаг на роторе. Принимаем 
53. Проверяем условие
Пазы ротора круглые, полузакрытые.
54. Диаметр паза ротора
Раскрытие паза 
55. Длина стержня
56. Сечение короткозамыкающегося сегмента
По таблице выбираем
прямоугольную медь 
Расчет магнитной цепи
Для магнитопровода
статора выбираем сталь марки 1511 толщиной 0,5 мм. Полюсы ротора выполняются из
стали марки Ст3 толщиной 0,5. Крепление полюсов к ободу магнитного колеса
осуществляется с помощью шпилек и гаек. Толщина обода (ярма ротора) принимают 
57. Магнитный поток в зазоре
При 
и 
находим 
и 
58. Уточненное значение расчетной длины статора
где
59. Индукция в воздушном зазоре, [Тл],
60. Коэффициент воздушного зазора статора
61. Коэффициент воздушного зазора ротора
62. Коэффициент воздушного зазора
63. Магнитное напряжение воздушного зазора,[А],
64. Ширина зубца статора на высоте 1/3hП1 от его коронки
65. Индукция в сечении зубца на высоте 1/3hП1, [Тл],
66. Магнитное напряжение зубцов статора, [А],
67. Индукция в спинке статора, [Тл],
68. Магнитное напряжение спинки статора, [А],
69. Высота зубца ротора
70. Ширина зубца ротора по высоте 1/3hП1 от его коронки
71. Индукция в зубце ротора, [Тл],
72. Магнитное напряжение зубцов ротора, [А],
73. Удельная магнитная проводимость рассеяния между внутренними поверхностями сердечника полюсов
74. Удельная магнитная проводимость между внутренними поверхностями полюсных наконечников
где
75. Удельная магнитная проводимость рассеяния между торцевыми поверхностями
76. Удельная магнитная проводимость для потока рассеяния
77. Магнитное напряжение ярма статора, зазора и зубцов полюсного наконечникa, [А],
78. Поток рассеяния полюса, [Вб],
79. Поток в сечении полюса у его основания, [Вб],
80. Индукция в полюсе, [Тл],
81. Магнитное напряжение полюса, [A],
где:
расчетная длина
силовой линии в полюсе, м;
82. Магнитное напряжение стыка между полюсом и ярмом ротора, [A],
83. Индукция в ободе магнитного колеса (ярме ротора), [Тл],
84. Магнитное напряжение в ободе магнитного колеса, [A],
где:
85. Сумма магнитных напряжений сердечника полюса, ярма ротора и стыка между полюсом и ярмом, [A],
86. Сумма магнитных напряжений всех участков магнитной цепи
vunivere.ru
Cтраница 4
В описываемой установке используется измеритель дистанционного авиационного тахометра ТЭ-15М, у которого трехфазный синхронный двигатель заменен двухфазным. Сдвиг по фазе напряжений, подаваемых на обмотки двигателя тахометра, осуществляется емкостью С. При значительном изменении диапазона измеряемых скоростей вращения сдвиг напряжений по фазе необходимо осуществлять триггерными схемами. [47]
Электрические валы применяют в дистанционных тахометрах. Вал состоит из трехфазного магнитоиндукционного генератора, являющегося датчиком тахометра, и миниатюрного трехфазного синхронного двигателя с асинхронным запуском. [49]
Преобразователь тахометра часто невозможно соединить с двигателем гибкой связью, вследствие большого расстояния от объекта до щитка, с приборами. В этом случае применяют дистанционный индукционный тахометр, состоящий из трех частей ( рис. 15 - 18): небольшого трехфазного генератора /, механически ( через редуктор) связанного с валом объекта измерения, трехфазного синхронного двигателя 2, питающегося от генератора, и индукционного преобразователя 3, механически связанного с двигателем 2 и расположенного непосредственно на щитке с приборами управления. Синхронный двигатель и тахометр обычно оформляются в одном корпусе. [51]
Определение пускового тока и статической механической ( пусковой) характеристики синхронного двигателя. Частотный метод особенно удобен для расчетов токов и моментов синхронных машин, работающих в асинхронном режиме, например, токов и моментов при асинхронном пуске синхронного двигателя. Определим зависимость тока статора и электромагнитного вращающего момента трехфазного синхронного двигателя от скольжения ротора. Обмотка статора двигателя питается номинальным трехфазным напряжением, обмотка возбуждения замкнута накоротко. На роторе двигателя имеется успокоительная обмотка. [52]
Контактная сеть питается от тяговых подстанций, преобразующих трехфазный ток общей системы энергоснабжения, или от специальных электростанций пониженной частоты. В США применяется частота 25 гц, которая используется также в промышленных системах энергоснабжения отдельных районов, что позволяет в некоторых случаях связать системы без преобразования частоты. Для преобразования трехфазного тока промышленной частоты в однофазный ток пониженной частоты используются мотор-генераторы, состоящие из трехфазных синхронных двигателей и синхронных однофазных генераторов. [53]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в трехфазных машинах с возбуждением от постоянных магнитов. Предлагаемый трехфазный синхронный двигатель состоит из трехфазного статора, обмотки которого создают вращающееся магнитное поле, и ротора, который содержит втулку из неферромагнитного материала, полюса возбуждения из ферромагнитных пластин с прослойками из пластин постоянных магнитов и дополнительные полюса из ферромагнитного материала с прослойками из неферромагнитного материала, устанавливаемыми вдоль радиальной осей дополнительных полюсов. Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, состоит в обеспечении максимальной эффективности двигателя, определяемой соотношением между развиваемой двигателем полезной механической мощностью (Рмех.пол) и потребляемой двигателем электрической мощностью (Рэл.потр). 5 ил. 
Изобретение связано с использованием трехфазных машин с возбуждением от постоянных магнитов Н02К 21/27.
Наиболее близким решением к заявленному изобретению является патент на синхронный двигатель с явно выраженными полюсами статора RU 2334341 (автор Бихман Р.И.) от 16.05.2007 г., который следует принять за прототип.
Отличием заявленного изобретения от прототипа является конструкция ротора двигателя, состоящего из неферромагнитной втулки ротора, полюсов возбуждения и дополнительных полюсов.
Полюса возбуждения состоят из ферромагнитных пластин (4) с прослойками из пластин постоянных магнитов (5). Все пластины перпендикулярны радиальным осям полюсов возбуждения.
Дополнительные полюса (6) из ферромагнитного материала с радиальными прослойками из неферромагнитного материала (7) устанавливаются вдоль радиальной оси дополнительных полюсов вплотную к полюсам возбуждения.
Целью изобретения является конструкция двигателя с максимальной эффективностью (Э), т.е. отношением полезной механической мощности, развиваемой двигателем (Рмех.пол) к потребляемой электрической мощности (Р эл.потр).
Заявленный синхронный двигатель содержит трехфазный статор (1, 2) обмотки которого (3) создают вращающееся магнитное поле, и ротор, состоящий из неферромагнитной втулки (8), на которой размещены полюса возбуждения и дополнительные полюса.
Полюса возбуждения состоят из ферромагнитных пластин (4) с прослойками из пластин постоянных магнитов (5). Все пластины установлены в плоскостях, перпендикулярных радиальным осям полюсов возбуждения.
Дополнительные полюса (6), устанавливаемые вплотную к полюсам возбуждения, выполнены из ферромагнитного материала с радиальными прослойками из неферромагнитного материала (7), размещаемыми вдоль оси дополнительных полюсов.
На фиг.1 приведено поперечное сечение заявленной конструкции трехфазного синхронного двигателя с явно выраженными полюсами статора с числом пар полюсов ротора Р=2.
На фиг.2а, 2b, 2с и 2d показаны пути прохождения осей магнитных потоков возбуждения (черными линиями) и осей магнитных потоков, создаваемых токами в обмотке статора (красными линиями) при углах между осями полюсов возбуждения и осями вращающегося магнитного поля статора (
) при углах , равных 90, 60, 30 и 0 «электрических» градусов соответственно.
На фиг.1 и 2 приняты следующие обозначения:
1 - спинка статора; 2 - полюса статора; 3 - обмотки статора; 4 - ферромагнитные пластины полюсов возбуждения; 5 - пластины постоянных магнитов полюсов возбуждения; 6 - дополнительные полюса; 7 - радиальные прослойки из неферромагнитного материала; 8 - втулка ротора; 9 - вал двигателя.
Трехфазный синхронный двигатель, состоящий из статора из шихтованной тонколистовой электротехнической стали с трехфазной обмоткой, создающей вращающееся магнитное поле статора, и ротора, содержащего втулку из неферромагнитного материала, полюса возбуждения из ферромагнитных пластин с прослойками из пластин постоянных магнитов, а дополнительные полюса, устанавливаемые вплотную к полюсам возбуждения, выполнены из ферромагнитного материала и содержат прослойки из неферромагнитного материала, устанавливаемые вдоль радиальной оси дополнительных полюсов.
www.freepatent.ru
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах управления пуском синхронных двигателей специальной конструкции. Техническим результатом является повышение надежности синхронизации двигателя за счет снижения степени компаундирования. Синхронный электродвигатель содержит основную и дополнительную трехфазные статорные обмотки, первые выводы которых присоединены через выключатели к трехфазному источнику электроэнергии, вторые выводы основной обмотки соединены в общую точку, трехфазный неуправляемый выпрямитель, выводы переменного тока которого соединены с вторыми выводами дополнительной трехфазной статорной обмотки, а выводы постоянного тока через первый выключатель - с выводами обмотки возбуждения синхронного двигателя, зашунтированной цепью, составленной из последовательно соединенных второго выключателя и резистора, и имеет трехфазный дроссель, подключенный к входу выпрямителя через собственный выключатель. 1 ил.
Изобретение относится к синхронным электродвигателям, а более конкретно к устройствам управления пуском синхронных двигателей.
Синхронные двигатели находят широкое применение для привода турбомеханизмов. В приводе насосов сельхозмелиорации и в других областях к ним предъявляется требование максимальной простоты конструкции и эксплуатации. Этим требованиям отвечает синхронный двигатель по авторскому свидетельству СССР №1694038, Н 02 К 19/12, 1995 г. К недостаткам этого двигателя следует отнести наличие двух выпрямительных устройств и трех трехфазных обмоток в пазах статора, сдвинутых в пространстве машины на определенный угол, что, как следствие, завышает массогабаритные показатели и усложняет конструкцию и эксплуатацию двигателя.
Наиболее близким по конструкции к заявляемому двигателю является двигатель по а.с. СССР №688964 «Синхронная электрическая машина», Н 02 К 19/12, 1979 г. Это устройство, принятое за прототип, содержит основную и дополнительную трехфазные статорное обмотки, вторые выводы первой из которых соединены в общую точку, трехфазный неуправляемый выпрямитель, выводы переменного тока которого соединены с вторыми выводами дополнительной трехфазной статорной обмотки, а выводы постоянного тока через первый ключ - с выводами обмотки возбуждения синхронного двигателя, зашунтированной цепью, составленной из последовательно соединенных второго ключа и резистора.
Как показал опыт практического применения указанного двигателя на объектах Краснодарского края, его существенным недостатком является ненадежное втягивание в синхронизм (синхронизация). Проведенные в Кубанском государственном аграрном университете теоретические и экспериментальные исследования показали, что основной причиной этого является сильно выраженное компаундирование двигателя в переходных режимах и, в частности, при синхронизации. Успешное втягивание двигателя в синхронизм гарантировано происходит при совпадении полярности магнитных осей поля трехфазной обмотки и поля возбуждения. Если в момент включения обмотки возбуждения полярность этих полей противоположна, то двигатель «опрокидывается», т.е. резко снижает скорость вплоть до остановки. При промежуточных состояниях магнитных осей поля трехфазной обмотки и обмотки возбуждения при включении обмоток на синхронизацию возникают качания ротора с вероятностью успешной синхронизации примерно 80%. Применение устройств точной синхронизации двигателя гарантирует успешность синхронизации, но значительно усложняет привод. Отметим, что в мировой практике доминирующее положение занимает так называемая грубая синхронизация синхронных двигателей, когда обмотка возбуждения подключается к устройству питания после достижения подсинхронной скорости в произвольный момент времени.
Технической задачей является повышение надежности синхронизации двигателя за счет снижения степени компаундирования двигателя.
Решение задачи достигается тем, синхронный электродвигатель, содержащий основную и дополнительную трехфазные статорные обмотки, первые выводы которых присоединены через выключатели к трехфазному источнику электроэнергии, вторые выводы основной обмотки соединены в общую точку, трехфазный неуправляемый выпрямитель, вывод переменного тока которого соединены с вторыми выводами дополнительной трехфазной статорной обмотки, а выводы постоянного тока через первый выключатель - с выводами обмотки возбуждения синхронного двигателя, зашунтированной цепью, составленной из последовательно соединенных второго выключателя и резистора, имеет трехфазный дроссель, подключенный к входу выпрямителя через собственный выключатель.
По данным патентной и научно-технической литературы не выявлена заявляемая совокупность признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критериям «изобретательский уровень» и «новизна». Заявляемое решение может быть реализовано в электроприводе турбомеханизмов и других устройств, что отвечает критерию «промышленная применимость».
На чертеже представлена принципиальная схема соединения обмоток и устройств управления синхронного двигателя.
Через выключатели 1 и 2 статорные обмотки двигателя, выполненные как две ветви 3 и 4, присоединяются к трехфазному источнику электроэнергии. Обмотка 3 соединена звездой, а обмотка 4 включена как проходная последовательно с выпрямителем 5 и обмоткой возбуждения 6, расположенной на роторе. Выключатели 7, 8 и резистор 9 предназначены для управления обмоткой возбуждения 6 при пуске и синхронизации. На вход выпрямителя 5 через выключатель 10 подключен трехфазный дроссель 11. Двигатель имеет на роторе пусковую обмотку традиционной конструкции в виде беличьего колеса (на чертеже эта обмотка не показана). На чертеже в качестве примера представлены контактные выключатели, хотя выключатели могут быть и бесконтактными, выполняющими аналогичные функции. Отметим также, что в настоящем описании использован термин «выключатель» как синоним термина «ключ», использованного в описании прототипа, поскольку последний реже используется в технической литературе.
В установившемся режиме синхронный двигатель работает следующим образом. Выключатели 1, 2 и 7 находятся в закрытом (проводящем) состоянии, а выключатели 8 и 10 в открытом (не проводящем). Обмотки статора 3, 4 и возбуждения 6 обтекаются токами, причем ток возбуждения является выпрямленным током статорной обмотки 4. Токи обмоток 3 и 4 создают вращающееся магнитное поле, которое будучи сцепленным с магнитным полем обмотки возбуждения увлекает за собой ротор. При изменении механической нагрузки двигателя происходит изменение тока в статорных обмотках 3 и 4, и вследствие указанной зависимости токов обмоток 4 и 6 изменяется и ток возбуждения, реализуя тем самым свойство автоматического регулирования возбуждения (АРВ). При этом заданный закон АРВ обеспечивается параметрами всех трех обмоток 3, 4 и 6, которые оптимизируются по указанному критерию.
Пуск и синхронизации двигателя производятся следующим образом. Предварительно контакты выключателей приводятся в положение, указанное на чертеже, т.е. контакты выключателей 1, 2 и 7 в открытом состоянии, выключателей 8 и 10 - в закрытом. Обмотка возбуждения включена на разрядный резистор 9 и отключена от выпрямителя 5. Для прямого асинхронного пуска двигателя контакты выключателя 1 замыкаются, в результате чего по обмотке 3 протекает ток (пусковой), который создает в двигателе вращающееся магнитное поле. Вращающееся магнитное поле наводит ток в пусковой короткозамкнутой обмотке ротора, который заставляет ротор разгоняться в направлении вращения поля. Двигатель разгоняется как асинхронный и завершает разбег, достигнув подсинхронной скорости (скольжение s=2-5%). Далее, для совершения синхронизации двигателя замыкаются контакты выключателей 2 и 7, в обмотках статора 4 и возбуждения 6 протекают токи, причем часть тока обмотки 4 ответвляется в дроссель 11, другая часть после выпрямителя ответвляется в цепь резистора 9, а оставшаяся часть составляет ток обмотки возбуждения 6 и создает магнитный поток возбуждения, заставляющий ротор двигателя втягиваться в синхронизм, сцепляясь своими силовыми линиями с силовыми линиями вращающегося магнитного поля, создаваемого токами трехфазных обмоток 3 и 4. После синхронизации двигателя контакты выключателей 8 и 10 размыкаются и двигатель переходит в установившийся режим работы.
За счет включения дросселя 11 параллельно цепи «выпрямитель-обмотка возбуждения» уменьшается коэффициент компаундирования схемы, снижается амплитуда колебания тока возбуждения при качаниях ротора, вызванных «проскальзыванием» полюсов поля статора, и возбуждения при несовпадении полярности этих полей в момент включения контактов выключателей 2 и 7. За счет этого предотвращается эффект «опрокидывания» двигателя в ходе синхронизации и обеспечивается надежное втягивание двигателя в синхронизм. Решение подобной технической задачи за счет изменения параметров обмоток двигателя невозможно, поскольку эти параметры определяются исходя из необходимости обеспечения заданного закона АРВ и рассчитываются для синхронного режима работы двигателя. По этой причине параметры обмоток двигателя не могут обеспечить оптимальный коэффициент компаундирования в переходном процессе при синхронизации двигателя.
Синхронный электродвигатель, содержащий основную и дополнительную трехфазные статорные обмотки, первые выводы которых присоединены через выключатели к трехфазному источнику электроэнергии, вторые выводы основной обмотки соединены в общую точку, трехфазный неуправляемый выпрямитель, выводы переменного тока которого соединены с вторыми выводами дополнительной трехфазной статорной обмотки, а выводы постоянного тока через первый выключатель - с выводами обмотки возбуждения синхронного двигателя, зашунтированной цепью, составленной из последовательно соединенных второго выключателя и резистора, отличающийся тем, что имеет трехфазный дроссель, подключенный к входу выпрямителя через собственный выключатель.
www.findpatent.ru
СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА
§ 137. ОБРАТИМОСТЬ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ И ПРИНЦИП РАБОТЫ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Синхронные генераторы, как и генераторы постоянного тока, обладают свойством обратимости, поэтому каждый синхронный генератор можно использовать как двигатель без изменения конструкции. Известно, что при прохождении трехфазного тока через обмотки статора трехфазной машины в этом статоре создается вращающееся магнитное поле независимо от того, подводится ли ток в обмотки от постороннего источника (например, от другого генератора) или возникает в этих обмотках после замыкания внешней цепи, когда машина работает в качестве генератора. Число оборотов поля зависит от частоты тока, а также от количества пар полюсов, на которое выполнены ротор и обмотка статора. Эти обороты для ротора генератора называются синхронными. Представим себе, что ротор вращается механическим двигателем и совершает строго синхронное число оборотов. Если при этом в статор включить трехфазный ток от постороннего источника, а первичный двигатель отсоединить от генератора, то ротор будет продолжать вращаться с неизменным числом оборотов. Происходит это потому, что в момент включения трехфазного тока в статор в нем создается вращающееся магнитное поле, которое взаимодействует с полюсами ротора (одноименные полюсы отталкиваются, а разноименные притягиваются) и таким образом поддерживает неизменным его вращение. Направление вращения поля всегда можно получить такое же, как и у ротора, если соблюдать определенное чередование фаз в статоре при подведении к нему трехфазного тока. Строгое постоянство числа оборотов двигателя является одним из его положительных свойств, из-за которого двигатель называют синхронным (ротор вращается с такой же скоростью, что и магнитное поле статора). Таким образом, принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии полюсов вращающегося магнитного поля статора и поля ротора. § 138. ПУСК СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ Работа синхронной машины в качестве двигателя происходит в соответствии с уравнением двигательного режима. Активное сопротивление фазы статора мало, и им можно пренебречь. Для лучшего понимания свойств двигателя рассмотрим несколько подробнее порядок его пуска. Так, как указывалось в предыдущем параграфе, можно пускать только двигатели небольшой мощности. При пуске же мощных двигателей необходимо соблюдать следующие условия. Перед подачей тока в статор в роторной обмотке устанавливают такой ток возбуждения, чтобы возникающие в фазах статора электродвижущие силы были равны в любой момент времени напряжениям в соответствующих фазах постороннего источника тока, но имели противоположное направление. О равенстве электродвижущих сил и напряжений судят по показаниям вольтметров, измеряющих линейные значения, а о направлениях этих величин — по электрическим лампам, соединяющим одноименные фазы источника и двигателя. При равенстве и противоположном направлении электродвижущих сил и напряжений в одноименных фазах ток в лампах отсутствует и они не светятся (электродвижущие силы и напряжения уравновешивают друг друга). В момент затухания ламп включают трехполюсный рубильник и отсоединяют вспомогательный двигатель, вращающий ротор. При этом ротор под действием собственных тормозящих усилий отстает от вращающегося поля на небольшой угол. Вследствие отставания ротора мгновенные значения напряжения источника тока уже не уравновешиваются мгновенными значениями противоэлектродвижущих сил в фазах статора, поэтому в фазы поступает трехфазный ток, который и создает в статоре вращающееся магнитное поле. Это поле в дальнейшем и обеспечивает синхронное вращение ротора. Ток в каждой фазе статора поддерживается благодаря напряжению постороннего источника, которое расходуется на преодоление противоэлектродвижущей силы и электродвижущей силы самоиндукции в виде внутреннего падения напряжения, как это следует из уравнения. Таким образом, пуск синхронного двигателя, в отличие от пуска других электрических двигателей (асинхронных или двигателей постоянного тока), связан с определенными трудностями (требует наличия вспомогательного двигателя, а также точного определения момента включения трехфазного тока в статор), и в этом, конечно, существенный недостаток синхронного двигателя. Как увидим дальше, трудности пуска в настоящее время устраняются благодаря небольшому изменению конструкции двигателя. § 139. ВРАЩАЮЩИЙ МОМЕНТ И СВОЙСТВА СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ Угол, на который отстает ротор двигателя от вращающегося поля статора при пуске, определяет собой величину вращающего момента Мвр в двигателе. Между вращающим моментом двигателя и углом существует зависимость. Из этой зависимости следует, что величина вращающего момента синхронного двигателя изменяется по закону синуса и поэтому имеет максимальное значение Ммакс при угле = 90°. При значениях тормозящего момента, превышающих максимальный момент, двигатель выпадает из синхронизма и быстро останавливается. У нормально выполненных синхронных двигателей перегрузочная способность не превышает 2-2,5. Выпадение синхронного двигателя из синхронизма при объясняется тем, что из-за увеличения угла > 90° полюсы ротора настолько отстают от вращающегося поля статора, что проходят своей серединой мимо середины направление вращения поля одноименных полюсов поля и в результате этого получают сильный толчок в сторону, противоположную направлению вращения. При выпадении из синхронизма двигатель нужно немедленно отключить от питающего его источника, чтобы статорные обмотки не перегрелись из-за больших токов (фактически короткое замыкание при остановке) и чтобы не создалась большая переменная электродвижущая сила в роторной обмотке при пересечении ее вращающимся магнитным полем (что опасно для изоляции обмотки). Рассмотрев физические процессы, происходящие в двигателе, можно сделать вывод, что синхронные двигатели обладают как положительными, так и отрицательными свойствами. Положительным свойством двигателей является строгое постоянство числа их оборотов при переменной нагрузке. К отрицательным свойствам двигателей относятся: 1) трудность пуска и реверсирования, 2) невысокая перегрузочная способность, 3) невозможность регулировки числа оборотов, 4) отсутствие начального вращающего момента. Для устранения трудностей пуска синхронные двигатели в настоящее время снабжают дополнительной короткозамкнутой обмоткой на роторе и пускают сначала как асинхронные (при этом роторная обмотка возбуждения замыкается на небольшое сопротивление и также используется как короткозамкнутая обмотка). После разворота ротора в его обмотку включают постоянный ток от возбудителя и ротор самостоятельно входит в синхронное вращение («догоняет» поле статора). Такой пуск синхронных двигателей называется асинхронным. Короткозамкнутая обмотка, укладываемая в закрытые пазы полюсных наконечников ротора, представляет собой медные или алюминиевые стержни, соединенные с двух сторон дугообразными пластинами. Наличие короткозамкнутых обмоток у синхронного двигателя позволяет ему развивать некоторый пусковой момент, а также несколько повышает его перегрузочную способность. § 140. РЕАКТИВНЫЕ СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ Реактивные двигатели отличаются от синхронных тем, что их роторы не имеют обмоток возбуждения. Вследствие этого вращающий момент у реактивных двигателей значительно меньше, чем у синхронных (при одинаковых размерах), поэтому двигатели выполняют лишь на небольшие мощности (не более 0,5 квт). Ротор двигателей имеет явно выраженные полюсы из стали с высокой магнитной проницаемостью. Принцип работы двигателя заключается в том, что его ротор под действием поля статора намагничивается и, взаимодействуя с разноименными полюсами этого поля, следует за ним синхронно. Пускаются реактивные двигатели как обычные асинхронные благодаря возникающим вихревым токам в теле ротора при пересечении его вращающимся полем статора. После разворота ротор автоматически входит в синхронизм. На практике очень часто применяются однофазные реактивные двигатели, называемые также конденсаторными синхронными двигателями. Такое название двигатели получили потому, что у них вращающееся магнитное поле двухфазного тока создается с помощью конденсаторов.
vunivere.ru
Два больших холодильных блока из ребристых труб обеспечивают охлаждение воды, поступающей из дизеля во время работы. Тепло смазочного масла и масла гидропередачи отводится в теплообменник охлаждающей водой. Конструктивно оба холодильника, уравнительный резервуар и вентилятор, приводимый в действие трехфазным синхронным электродвигателем, образуют единое целое.На стороне нагнетания каждой ступени установлена буферная емкость. Газ, пройдя клапаны, поступает во всасывающую линию компрессора. Последний должен быть оборудован необходимыми контрольно-измерительными приборами для замера и контроля давления и температуры по ступеням и в системе смазки. Для привода компрессора служит трехфазный синхронный электродвигатель.
www.ai08.org
