Синхронный двигатель с обмоткой возбуждения: Синхронный электродвигатель

Содержание

Запуск синхронного привода

Если запуск асинхронного двигателя сопряжен с определенными проблемами, то синхронный двигатель, вообще не в состоянии развить необходимый механический момент даже для запуска на холостом ходу. Причина заключается в том, что электромагнитный момент для его неподвижного ротора непрерывно меняет свое направление. При этом ротор, обладая большой инерцией, не может прийти в движение и двигатель не способен «двигать» даже себя.

Для того, чтобы он смог развить номинальный крутящий момент, необходимо, чтобы ротор уже вращался со скоростью, близкой к скорости вращения электромагнитного поля статора. Тогда на обмотку возбуждения ротора подается постоянный ток и магнитное поле «втягивает» электродвигатель в «синхронизм».

Получается, что для того, чтобы запустить синхронный привод, необходимо, прежде всего, разогнать рабочий вал двигателя. Постоянное напряжение для обмотки возбуждения можно обеспечить, установив на общем валу генератор постоянного тока.

Для разгона ротора «синхронника» долгое время применялись исключительно отдельные электрические машины на общем механическом валу. Упрощенно: работает такая схема просто: включается асинхронный двигатель, по достижении момента, когда скорость станет близкой к синхронной, и подается напряжение на статор и обмотку возбуждения приводного двигателя.

Другой вариант – это использование синхронного двигателя со специальной, пусковой короткозамкнутой обмоткой. Такая обмотка имеет вид «беличьей клетки», но выполняется она не из меди, как у асинхронных машин, а из латуни, чтобы ограничить пусковой ток. «Беличья клетка» позволят электромотору запуститься асинхронно, а по достижении подсинхронной скорости перейти на нормальный режим работы.

Во время асинхронного пуска двигателя его обмотка возбуждения должна быть замкнута на резистор с активным сопротивлением, превышающим активное сопротивление самой обмотки в 8-12 раз.

Это необходимо потому, что электромагнитным полем статора в обмотке возбуждения при пуске наводится ЭДС большого значения, которая может пробить изоляцию витков, не будучи разряженной. Реже, обмотку возбуждения замыкают на якорь генератора-возбудителя, когда есть основания полагать, что он однозначно выдержит пусковую нагрузку.

Оба приведенных способа пуска отличаются технической сложностью и затратностью. Требуется установка дополнительных электрических машин – в случае с пусковым двигателем их целых три. Кроме того, требуется монтаж дополнительного электрооборудования, обеспечивающего своевременную подачу переменного трехфазного напряжения и постоянного напряжения возбуждения.

Схема с пусковой «беличьей клеткой» усложняет конструкцию электродвигателя. Тем не менее, именно она имеет сегодня самое широкое распространение.

И схема с гонным пусковым двигателем, и схема с пусковой обмоткой работают с гораздо большей эффективностью при частотном пуске, когда асинхронный пуск или пусковой двигатель управляются частотным преобразователем.

Но, обе схемы не могут обеспечить пуск синхронного двигателя с существенным моментом сопротивления на валу. При использовании пускового асинхронного двигателя наличие на валу нагрузки повлечет за собой необходимость в неоправданно большой мощности гонного двигателя.

А при использовании пусковой обмотки из латуни мягкая механическая характеристика не позволит ротору разогнаться до подсинхронной скорости. Поэтому для облегчения пуска синхронного двигателя лучше снять всякую нагрузку с приводного вала.

Это обстоятельство и ограничивает сферы применения синхронных двигателей. Они используются в мощных приводах, работающих продолжительное время при постоянной нагрузке, без частых пусков и остановов.

Это может быть привод шахтной вентиляционной установки, привод крупного насосного агрегата, привод электромашинного преобразовательного агрегата. Преимущества синхронных приводов здесь в том, что они могут работать с очень высоким коэффициентом мощности, а для мощных приводов это решающий фактор.

Синхронный двигатель

Авторы патента:

Стрижков Сергей Игоревич (RU)

Коляда Сергей Львович (RU)

Стрижков Игорь Григорьевич (RU)

Трубин Александр Николаевич (RU)

H02P1/50 — путем перехода с асинхронного на синхронный режим (H02P 1/48 имеет преимущество)

H02K19/14 — с дополнительной короткозамкнутой обмоткой, используемой для пуска синхронного двигателя как асинхронного

H02K17/26 — с ротором и статором, рассчитанными на возможность синхронной работы

Владельцы патента RU 2271601:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный аграрный университет (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.

Похожие патенты:

Синхронный двигатель // 2271600

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано в приводе турбомеханизмов и иных машин средней и большой единичной мощности, не требующих регулирования частоты вращения.

Синхронная электрическая машина // 2271599

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах управления пуском и синхронизацией синхронных машин, главным образом двигателя специальной конструкции.

Синхронизированный асинхронный двигатель // 2263388

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрических двигателях переменного тока общепромышленного исполнения, работающих в длительном режиме с редкими пусками.

Способ управления возбуждением синхронной машины // 2242080

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для возбуждения синхронных машин с преобразователем с двухсторонней проводимостью. .

Электропривод переменного тока // 2231208

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах, где требуется глубокое регулирование скорости, высокая перегрузочная способность, обеспечение тяжелого пуска из стопорного режима и эксплуатация в загрязненных, влажных и агрессивных средах (электрическая тяга, шахтные подъемные механизмы и др.).

Способ пуска синхронных машин и устройство для его осуществления // 2096902

Изобретение относится к области электротехники, а именно к синхронным машинам, преобразовательной технике и синхронному электроприводу. .

Регулятор возбуждения синхронного двигателя // 2084075

Изобретение относится к электрическим трехфазным невысоковольтным машинам средней мощности, применяющимся в качестве электропривода компрессоров, насосов и других установок, а именно, к системам возбуждения синхронных двигателей.

Регулятор возбуждения синхронного двигателя // 2074499

Изобретение относится к электрическим трехфазным невысоковольтным машинам средней мощности, применяющимся в качестве электропровода компрессоров, насосов и других установок, а именно, к системам возбуждения синхронных двигателей.

Способ пуска и ресинхронизации синхронной машины // 2064219

Синхронно-асинхронный электродвигатель // 2050684

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах для установок компрессоров, насосов, подъемников и других устройствах. .

Синхронный двигатель // 2271600

Синхронная электрическая машина // 2271599

Синхронизированный асинхронный двигатель // 2263388

Синхронная реактивная машина (варианты) // 2159496

Синхронно-асинхронный электродвигатель с короткозамкнутой обмоткой ротора // 2153755

Изобретение относится к области электротехники, а именно к универсальным бесконтактным электродвигателям переменного тока с плавным регулированием частоты вращения или скорости перемещения якоря.

Реактивный двигатель с электромагнитной редукцией // 2072611

Изобретение относится к области электротехники, а точнее к синхронным реактивным двигателям с электромагнитной редукцией. .

Бесщеточный синхронный электродвигатель // 1671170

Изобретение относится к электротехнике, в частности к бесщеточным синхронным электродвигателям. .

Синхронный реактивный электродвигатель // 1497687

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, в силовых электроприводах. .

Реактивный синхронный электродвигатель // 1374354

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к реактивньм синхронньм двигателям.Цель изобретения — улучшение использования активных материалов и пусковых характеристик двигателя.Полюса ротора выполнены из отдельных ферромагнитных слоев 1, толщина которых убывает от оси полюса к его краям По закону синуса.

Синхронный электродвигатель // 1236587

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано в случае тяжелых пусков синхронных двигателей. .

Синхронный двигатель // 2271600

Управление промышленными двигателями: синхронные двигатели

Цели :

Обсудить работу синхронного двигателя.
Перечислите различия между синхронными двигателями и двигателями с короткозамкнутым ротором.
Объясните назначение амортизирующей обмотки.
Обсудите, как синхронный двигатель может обеспечить опережающий коэффициент мощности.
Обсудите работу бесщеточного возбудителя.

Синхронные двигатели названы так из-за их способности работать при
синхронная скорость. Они способны работать со скоростью вращения
магнитное поле, поскольку они не являются асинхронными двигателями. Они демонстрируют другие
характеристики, которые отличают их от короткозамкнутого ротора или фазного ротора
асинхронные двигатели. Некоторые из этих характеристик:

• Они могут работать на синхронной скорости.

• Они работают с постоянной скоростью от холостого хода до полной нагрузки. Синхронный
двигатели либо будут работать на синхронной скорости, либо заглохнут и перестанут работать.

• Они могут обеспечить опережающий коэффициент мощности.

• Иногда они работают без нагрузки, чтобы помочь скорректировать мощность установки.
фактор. В этом режиме работы они называются синхронными конденсаторами.

• Ротор должен возбуждаться от внешнего источника постоянного тока.

• Они содержат специальную обмотку с короткозамкнутым ротором, называемую амортизирующей
обмотка, которая используется для запуска двигателя.

Рис. 1 Ротор синхронного двигателя.

Пуск синхронного двигателя

Используется специальная обмотка с короткозамкнутым ротором, называемая амортизирующей обмоткой.
запустить синхронный двигатель. Показан ротор синхронного двигателя.
в ил. 1.

Амортизирующая обмотка очень похожа на обмотку с короткозамкнутым ротором типа А.
Он обеспечивает хороший пусковой момент и относительно низкий пусковой ток.
После того, как синхронный двигатель разогнался до скорости, близкой к
вращающегося магнитного поля, ротор возбуждается путем подключения его к
источник постоянного тока. Возбуждение ротора приводит к наматыванию полюсных наконечников.
ротор, чтобы стать электромагнитами. Эти электромагниты фиксируются с помощью
вращающееся магнитное поле статора и двигатель работает синхронно
скорость. Синхронный двигатель никогда не должен запускаться с включенным возбуждением.
к ротору. Магнитное поле полюсных наконечников будет попеременно
притягиваются и отталкиваются вращающимся магнитным полем, в результате чего
крутящий момент создается в любом направлении.

Однако высокое наведенное напряжение может повредить обмотки ротора и другие элементы.
компоненты, включенные в цепь ротора. Ток возбуждения должен
подключать к ротору только после того, как он разгонится до скорости, близкой к синхронной.

Ток возбуждения

Существует несколько способов подачи тока возбуждения на
ротор синхронного двигателя, такой как контактные кольца, бесщеточный возбудитель и генератор постоянного тока.

Небольшие синхронные двигатели обычно содержат два контактных кольца на роторе.
вал. Набор щеток используется для подачи постоянного тока на ротор.
(ил. 2). Если используется ручной запуск, оператор будет вручную возбуждать
ротор после того, как он разогнался до скорости, близкой к синхронной. Во время этого
В процессе разгона в обмотках может быть наведено высокое напряжение.
ротор. Резистор, называемый резистором полевого разряда, подключен
параллельно обмотке ротора. Его функция заключается в ограничении количества
наведенного напряжения при запуске двигателя и ограничить количество наведенного
напряжение, вызванное разрушающимся магнитным полем, когда двигатель остановлен и ток возбуждения отключен. Переключатель, называемый полевым разрядом
переключатель используется для подключения тока возбуждения к ротору. Выключатель
спроектирован так, что когда он закрыт, он подключается к прямому
ток питания до разрыва связи с полевым разрядом
резистор. Когда переключатель разомкнут, он подключится к полю
разрядите резистор до того, как он разорвет соединение с постоянным током
источник питания. Это позволяет всегда подключать резистор полевого разряда.
к ротору, когда возбуждение постоянного тока не применяется к ротору.

Рис. 2 Резистор полевого разряда подключен параллельно ротору
обмотка во время запуска.

Рис. 3 Бесщеточный возбудитель содержит стационарные электромагниты.

Рис. 4 Базовая схема бесщеточного возбудителя

Бесщеточный возбудитель

Второй способ подачи тока возбуждения на ротор с
бесщеточный возбудитель. Преимущество бесщеточного возбудителя состоит в том, что
нет щеток или токосъемных колец. Бесщеточный возбудитель в основном
небольшая трехфазная обмотка генератора переменного тока и трехфазный выпрямитель, расположенные
на валу ротора. См. фотографию на рис. 1. Сзади
ротора видна небольшая обмотка. это намотка щетки
меньше возбудителя. Электромагниты размещены по обе стороны от обмотки (рис.
3). На валу ротора также расположены трехфазный выпрямитель и предохранители.
Выпрямитель преобразует трехфазный переменный ток, вырабатываемый в
обмотку генератора на постоянный ток перед подачей на
обмотка ротора (рис. 4). Величина тока возбуждения, подаваемого на
обмотка ротора управляется величиной постоянного тока, подаваемого на
электромагниты. Выходное напряжение обмотки генератора регулируется
по плотности потока полюсных наконечников.

Генератор постоянного тока

Другой способ подачи тока возбуждения — использование самовозбуждающегося
генератор постоянного тока, установленный на валу ротора. Количество возбуждения
ток регулируется путем управления током возбуждения генератора.
Выход якоря подает ток возбуждения на ротор.
Поскольку генератор самовозбуждающийся, он не требует внешнего источника.
постоянного тока. Хотя это преимущество перед подачей возбуждения
током через контактные кольца или с бесщеточным возбудителем генератор не
содержат коллектор и щетки. Генератор обычно требует больше
техническое обслуживание, чем другие методы.

Автоматический пуск для синхронных двигателей

Синхронные двигатели могут запускаться как автоматически, так и вручную.
Одним из преимуществ синхронного двигателя является то, что он обеспечивает хороший пуск.
крутящий момент при относительно низком пусковом токе. Многие большие двигатели способны
быть запущенным непосредственно через линию из-за этой особенности. Если
энергетическая компания не разрешает пуск через линию синхронных двигателей
также может использоваться пуск автотрансформатора, пуск реактора или звезда-треугольник.
начиная. Независимо от способа соединения обмотки статора
к линии электропередач, основная часть автоматического управления для синхронного
двигателя заключается в правильном подключении тока возбуждения к ротору.
время. Используемый метод определяется тем, как возбуждение
применяется к ротору.

В случае ручного возбуждения используется переключатель полевого разряда.
В схемах бесщеточного возбудителя часто используются электронные устройства для измерения
скорость ротора, чтобы подключить возбуждение постоянного тока к ротору в надлежащем
время. Если для обеспечения тока возбуждения используется генератор постоянного тока,
специальный полевой контактор, асинхронное реле и частота поляризованного поля
обычно используются реле.

Полевой контактор

Полевой контактор очень похож на обычный трехполюсный контактор.
(ил. 5). Однако это не стандартный контактор. Полевой контактор
содержит катушку постоянного тока и питается от тока возбуждения ротора.

Полевой контактор выполняет ту же функцию, что и полевой разрядный выключатель.
обсуждалось ранее. Два внешних контакта соединяют и разъединяют
ток возбуждения в цепи ротора. Средний контакт своевременно подключает и отключает резистор полевого разряда.

Реле асинхронности

Реле асинхронности на самом деле является таймером, который содержит управляемый током
катушка вместо катушки, работающей от напряжения.

Катушка соединена последовательно с резистором авторазряда.
Таймер может быть пневматическим, приборным или электронным. Тип тире не в ногу
реле показано на рис. 6. Функция асинхронного реле заключается в отключении
двигатель от сети в случае, если ротор не возбужден
в течение определенного промежутка времени. Большие синхронные двигатели могут быть повреждены
чрезмерным пусковым током, если ротор не возбуждается в течение короткого
время.

Реле частоты поляризованного поля

Реле частоты поляризованного поля (рис. 7) отвечает за определение
скорость вращения ротора и управление работой контактора возбуждения.
Реле частоты поляризованного поля (PFR) используется в сочетании с
реактор. Реактор включен в цепь ротора синхронного
мотор. Реле частоты поляризованного поля содержит две отдельные катушки,
один DC и один AC (илл. 8). Катушка А является катушкой постоянного тока и подключена к
источник постоянного тока возбуждения. Его функция состоит в том, чтобы поляризовать магнитное поле.
основной материал реле. Катушка B является катушкой переменного тока. Эта катушка подключена
параллельно реактору (рис. 9). Чтобы понять принцип работы
цепи, сначала рассмотрите путь магнитного потока, взятый, если только постоянный ток
катушка ПФР находится под напряжением (рис. 10). Обратите внимание, что путь потока проходит через
поперечину, а не концы реле. Так как поток не достигает
концы полюса, якорь не притягивается и контакт
остается закрытым.

Однако при запуске синхронного двигателя вращающийся магнитный
поле статора индуцирует переменное напряжение в обмотке ротора. ток
путь существует через реактор, резистор полевого разряда и катушку
внетактовое реле. Так как индуцированное напряжение равно 60 герц в момент
пуска, индуктивное сопротивление реактора вызывает большую часть
тока ротора, протекающего через катушку переменного тока поляризованного поля
частотное реле. Так как переменный ток течет через катушку переменного тока
PFR, каждый полупериод поток, создаваемый в катушке переменного тока, противодействует
поток, создаваемый катушкой постоянного тока. Это приводит к тому, что поток постоянного тока перенаправляется на
концы полюсных наконечников, где он объединяется с потоком переменного тока, в результате чего
в достаточно сильном потоке, чтобы притянуть якорь, открывая нормально закрытый
контакт (рис. 11).

Рис. 5 Полевой контактор, используемый для пуска синхронного двигателя.

Рис. 6 Реле асинхронности.

Рис. 7 Реле частоты поляризованного поля.

Рис. 8 Реле частоты поляризованного поля содержит катушки постоянного и переменного тока.

Рис. 9 Цепь управления синхронным двигателем

Рис. 10 Путь магнитного потока, создаваемого только катушкой постоянного тока.

Рис. 11 Поток катушек переменного и постоянного тока объединяется для притяжения якоря.

В этом типе управления генератор постоянного тока используется для питания
ток возбуждения ротора. При первом подаче питания на
обмотка статора, ротор не вращается и генератор постоянного тока не производит
выходное напряжение. Однако вращающееся магнитное поле индуцирует сильное
напряжение в обмотки ротора, подавая большой ток для
катушка переменного тока реле частоты поляризованного поля. Когда ротор начинает
повернуть, генератор постоянного тока начинает вырабатывать напряжение, подающее мощность
для катушки постоянного тока PFR. Суммарный поток двух катушек вызовет
нормально замкнутый контакт PFR размыкается до того, как полевое реле сможет подать питание.
По мере увеличения скорости вращения ротора в цепи ротора индуцируется меньшее переменное напряжение, и частота уменьшается пропорционально скорости вращения ротора. Как частота
уменьшается, индуктивное сопротивление реактора становится меньше, вызывая
больше тока течет через реактор и меньше к катушке переменного тока. AC
Катушка PFR производит все меньше и меньше потока по мере увеличения скорости вращения ротора. Когда
ротор достигает около 90% синхронной скорости, поток переменного тока не может
дольше сохранять путь тока через якорь PFR, а поток постоянного тока
возвращается на путь, как показано на рис. 10. Когда арматура отпадает,
он снова замыкает контакт PFR и подключает катушку полевого реле к
линия. Когда полевое реле срабатывает, постоянный ток подключается к
цепь ротора и резистор полевого разряда и реле асинхронности
отключаются от линии.

Коррекция коэффициента мощности

Как указывалось ранее, синхронные двигатели могут
фактор силы. Синхронный двигатель может быть сделан для производства опережающей мощности
фактором чрезмерного возбуждения ротора. Если ротор недостаточно возбужден, двигатель
будет иметь запаздывающий коэффициент мощности, аналогичный беличьей клетке или фазному ротору
Индукционный двигатель. Причина этого в том, что при постоянном токе возбуждения
слишком мало, часть переменного тока, подаваемого на обмотку статора, используется
намагнитить железо в двигателе.

Нормальное возбуждение достигается, когда величина тока возбуждения
достаточно для намагничивания железного сердечника двигателя и отсутствия переменного тока
требуется.

Есть два состояния, которые указывают на то, что нормальное возбуждение
достигнуто:

1. Ток, подаваемый на двигатель, упадет до минимального уровня.

2. Коэффициент мощности будет равен 100% или единице.

Если подается ток возбуждения, превышающий нормальный, возникает перевозбуждение.
В этом состоянии постоянный ток возбуждения перемагничивает железо
двигатель, а часть сетевого тока используется для размагничивания
железо. Процесс размагничивания приводит к тому, что линейный ток переменного тока опережает
такое же напряжение, как и у конденсатора.

Рис. 12 Синхронный двигатель мощностью 2500 л.с., приводящий в движение водяной циркуляционный насос.

Приложения

Благодаря своим пусковым характеристикам и способности корректировать коэффициент мощности,
Синхронные двигатели обычно используются там, где двигатели большой мощности
необходимы.

Они часто обеспечивают питанием насосы, компрессоры, центрифуги и большие измельчители. Синхронный двигатель мощностью 2500 л.с.
циркуляционный насос показан на рис. 12.

ВИКТОРИНА:

1. Как называется синхронный двигатель, когда он работает без нагрузки и используется для коррекции коэффициента мощности?

2. Что такое амортизирующая обмотка и какую функцию она выполняет?

3. Следует ли подавать ток возбуждения на ротор синхронного
двигатель до запуска?

4. Какова функция резистора авторазряда?

5. Что регулирует выходное напряжение генератора при бесколлекторном
возбудитель используется для подачи тока возбуждения ротора?

6. Каково назначение катушки постоянного тока в реле частоты поляризованного поля?

7. Каково назначение асинхронного реле?

8. Почему синхронный двигатель может работать на скорости
вращающегося магнитного поля?

9. Назовите два фактора, указывающих на наличие нормального тока возбуждения.
применяется к двигателю.

10. Как сделать синхронный двигатель с опережающим коэффициентом мощности?

Что такое система возбуждения?

ЧТО ТАКОЕ СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ?

ВВЕДЕНИЕ

1. ОСНОВНАЯ ФУНКЦИЯ

Основной функцией системы возбуждения является подача постоянного (постоянного) тока на обмотку возбуждения синхронной машины. Это достигается за счет использования управления с обратной связью (или управления с обратной связью). Современные системы возбуждения также включают в себя функции диагностики для упрощения поиска и устранения неисправностей, протоколы связи для интеграции SCADA и функции ограничения/защиты, гарантирующие, что синхронная машина работает в пределах своей кривой возможностей.

2. ЦЕЛЬ

Назначение системы возбуждения зависит от применения:

Для синхронных генераторов она отвечает за поддержание постоянного напряжения на клеммах .
Для синхронных двигателей отвечает за поддержание постоянного коэффициента мощности .

3. ПРИНЦИП РАБОТЫ

Синхронная машина, состоящая из ротора и статора, производит переменный ток, используя принцип электромагнитной индукции. Постоянный ток, проходящий через обмотку возбуждения ротора, создает статическое магнитное поле. Поскольку ротор вращается первичным двигателем (например, гидро- или паровой турбиной), магнитное поле также вращается. Поскольку ротор находится внутри статора, вращающееся магнитное поле создает переменный магнитный поток, пересекая обмотки статора. Этот переменный магнитный поток индуцирует переменные токи в обмотках статора синхронной машины. Система возбуждения необходима, так как без тока возбуждения машина работает без тока возбуждения и, следовательно, в обмотках статора машины не генерируется (индуцируется) напряжение.

КОНЦЕПЦИИ СИСТЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ

1. УПРАВЛЕНИЕ С ЗАМКНУТЫМ КОНТУРОМ

Системы возбуждения используют управление с обратной связью или обратной связью для регулирования производительности машины. При управлении с обратной связью выходной сигнал машины направляется обратно в контроллер и сравнивается с заданным значением, а ошибка между заданным значением и выходным сигналом используется для вычисления реакции системы. Контроллер обычно моделируется как ПИД-, ПИ-регулятор или регулятор опережения-запаздывания.

Контур управления Reivax совместим с Модель ST4C , определенная в IEEE 421.5. Упрощенная версия этого контура управления показана на экране ЧМИ Reivax:

Параметры настройки, связанные с контуром управления, можно легко изменить непосредственно из ЧМИ. Три (3) набора параметров настройки позволяют настроить оптимальную реакцию для случая, когда генератор не подключен к сети, и для режима подключения к сети в зависимости от того, активен или нет стабилизатор энергосистемы (PSS):

Пример схемы полного контура управления показано ниже:

2. ОГРАНИЧИТЕЛИ И ЗАЩИТЫ

Современные системы возбуждения отвечают за защиту синхронной машины, самой системы возбуждения и других устройств. Ограничители (OEL, UEL, VHz, SCL) и защиты (24, 27, 32, 37F, 40/32Q, 50/51, 59, 59F, 76F, 81O/U) — это программные функции, предназначенные для ограничения работы машины в нежелательных условиях. условиях и реализованы как дополнения к контуру управления AVR. Ограничители обеспечивают постоянную работу машины в пределах возможностей машины, а функции защиты защищают машину, инициируя отключение. Защитные функции возбуждения обычно дублируются в отдельном блоке реле защиты. Можно отключить функции защиты возбуждения и полагаться только на реле защиты агрегата или можно использовать обе функции защиты, и в этом случае необходимо обеспечить координацию между двумя функциями защиты.

Наиболее распространенные ограничители и их функции приведены ниже:

2.1. ОГРАНИЧИТЕЛЬ ПЕРЕВОЗБУЖДЕНИЯ (OEL)

Для систем возбуждения производства Reivax ограничители можно легко настроить с помощью ЧМИ. Упрощенная функция передачи и экран конфигурации для OEL, показанные ниже, соответствуют IEEE 421.5 OEL2C. OEL сконфигурирован как кривая обратной зависимости от времени в соответствии с IEEE/ANSI C50.13.

2.2. ОГРАНИЧИТЕЛЬ ПРИ ВОЗБУЖДЕНИИ (ОПВ)

Упрощенная функция передачи и экран конфигурации для UEL показаны ниже. UEL настраивается как кусочно-линейная характеристика в области недовозбуждения (отрицательная реактивная мощность) кривой производительности согласно IEEE 421.5 UEL2C.

3. КООРДИНАЦИЯ ЗАЩИТЫ

Координация между ограничителями, ограничителями оборудования и внешними реле защиты является важным аспектом правильной интеграции системы возбуждения. Как правило, согласование выполняется в рамках исследования защиты или проверки модели, при этом настройки проверяются во время ввода оборудования в эксплуатацию.

Во время ввода в эксплуатацию OEL рисуется таким образом, чтобы он перекрывал тепловой предел ротора IEEE/ANSI C50.13.

4. КРИВАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

Кривая производительности синхронной машины представляет собой графическое представление рабочих пределов машины. Кривая производительности представляет собой график зависимости активной мощности машины (МВт) от реактивной мощности (МВар). Обычно представлены следующие физические пределы эксплуатации:

Тепловой предел ротора
Предел турбины
Практический предел устойчивости
Ограничение асинхронного хода

Кроме того, обычно представлены следующие ограничители:

Ограничитель перевозбуждения (OEL)
Ограничитель пониженного возбуждения (UEL)

Системы возбуждения производства Reivax содержат кривую динамической производительности, которую можно использовать для мониторинга рабочих условий в режиме реального времени. Пример такой кривой возможностей показан ниже.

Кривая возможностей показывает безопасную рабочую зону машины, обозначенную зеленым цветом, ограниченную ограничителями и физическими ограничениями машины. Он также показывает рабочую точку машины с точки зрения активной и реактивной мощности (обе величины показаны в pu).

5. СТАБИЛИЗАТОР СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ (PSS)

Стабилизатор системы питания (PSS) является дополнением к контуру управления системы возбуждения, которое повышает стабильность системы за счет компенсации низкочастотных (0-5 Гц) колебаний. в системе питания. Это приводит к более стабильной выходной мощности генератора, что может привести к значительной экономии за счет снижения потерь мощности. Стабилизаторы энергосистем обеспечивают превосходную экономическую эффективность и, как было установлено, приносят миллионы долларов ежегодной выгоды для крупных коммунальных предприятий.

Выход PSS добавлен в контур управления AVR. На изображении ниже показан суммирующий переход PSS в том виде, в котором он появляется в передаточной функции системы возбуждения Reivax.

На приведенном ниже графике показана характеристика генератора коммунального масштаба мощностью 32,5 МВт с PSS и без него. Возмущение вводится на 2-й и 12-й секундных отметках. Заметно улучшена переходная и стационарная стабильность. Без ФПС колебания продолжаются около 10 секунд после возмущения, тогда как при включении ФПС они практически сразу затухают.

Reivax PSS совместим с моделями IEEE PSS2A и PSS2B .

ТИПЫ СИСТЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ

За прошедшие годы в электроэнергетике появились различные типы систем возбуждения. Они подразделяются на две основные категории в зависимости от источника питания: вращающиеся возбудители и статические возбудители.

1. ВРАЩАЮЩИЕСЯ СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ

В вращающихся системах возбуждения имеется два возбудителя: основной возбудитель и вспомогательный возбудитель. Главный возбудитель питает пилотный возбудитель, а пилотный возбудитель, в свою очередь, напрямую питает синхронную машину. Существует две подкатегории вращающихся систем возбуждения: переменного и постоянного тока.

1.1. БЕСЩЕТОЧНЫЙ ВОЗБУДИТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

В системе возбуждения переменного тока основной силовой выпрямитель питает промежуточный возбудитель переменного тока. Этот возбудитель переменного тока содержит внутренний силовой выпрямитель, который питает обмотку возбуждения синхронной машины.

Ниже показана однолинейная схема вращающегося возбудителя переменного тока.

1.2. ВОЗБУДИТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В системе возбуждения постоянного тока силовой выпрямитель питает промежуточный возбудитель постоянного тока, который, в свою очередь, питает обмотку возбуждения синхронной машины.

Ниже показана однолинейная схема вращающегося возбудителя постоянного тока.

2. СИСТЕМЫ СТАТИЧЕСКОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ – ТЕРМИНАЛ-ФЭД

В системах статического возбуждения силовой выпрямитель напрямую питает обмотку возбуждения синхронной машины. Пилотного возбудителя нет.

Система статического возбуждения питается от терминала (также называемого питанием от шины), когда питание берется от самой машины через силовой трансформатор напряжения (PPT). Первичная часть PPT подключена к статору машины, а вторичная подает питание на выпрямитель.

Системы статического возбуждения не являются самовозбуждающимися по своей природе, поэтому им требуется внешний источник питания для запуска процесса возбуждения и создания достаточного магнитного потока. Этот процесс называется миганием поля .

2.1. ПРЕИМУЩЕСТВА СТАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ

Статические системы возбуждения обладают рядом преимуществ, которые делают их привлекательным вариантом для управления синхронными машинами:

Простая, надежная и экономичная конструкция
Минимальные требования к обслуживанию
Высокая производительность и быстрый отклик

2. 2. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

Основные компоненты системы статического возбуждения перечислены ниже:

2.2.1. АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ (АРН)

Автоматический регулятор напряжения (АРН), широко известный просто как регулятор напряжения, выполняет все функции управления системой, включая следующие:

Выключатели
Отправка импульсов запуска на мосты
Реагирование на команды оператора или нарушения сети
Мониторинг операций ввода-вывода системы и принятие соответствующих мер в ответ на них
Поддержание системы возбуждения в пределах безопасности и стабильности за счет использования ограничителей и средств защиты
Выдача уведомлений в систему SCADA завода при возникновении аномальных условий
Отключение системы возбуждения при возникновении критического отказа или опасного состояния

Основными элементами АРН являются:

Контур управления
Ограничители
Стабилизатор системы питания

Решения по управлению с резервированием широко распространены. В резервированной конфигурации имеется два регулятора напряжения, один из которых выполняет функции управления, а другой находится в режиме горячего резерва .

2.2.2. СИЛОВОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

В системах статического возбуждения обычно используется силовой выпрямитель, который преобразует переменный ток в постоянный и обеспечивает управляемый ток возбуждения для синхронной машины. Силовые выпрямители обычно используют тиристорную или IGBT-технологию.

Тепловыделение является проблемой для силового выпрямителя. Для мостового охлаждения обычно предоставляются резервные комплекты вентиляторов.

Конфигурации моста с резервированием являются общими. В случае наличия нескольких мостов система возбуждения выполнит выравнивание тока , чтобы сбалансировать выходы моста.

2.2.3. ИНТЕРФЕЙС ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Интерфейс преобразователя состоит из всех промежуточных устройств между контроллером и силовым выпрямителем. Он преобразует сигнал управления в импульсы запуска и изолирует управляющую электронику от силовой части.

Posted inПопулярное