13) Общие вопросы управления электроприводами с синхронной машиной

Нереверсивное управление скоростью и моментом синхронного двигателя осуществляется в замкнутых системах электропривода. Такие системы строятся в зависимости от характера нагрузки и требований, предъявляемым к системам.

Синхронные двигатели применяются в ЭП, обеспечивающих постоянную скорость в установившихся режимах. Они используются также генераторами реактивной мощности. В синхронных ЭП требуется также быстродействующая форсировка возбуждения двигателя при работе с резкопеременной нагрузкой и при снижении напряжения сети. Всё это и обусловило применение в синхронных ЭП быстродействующих возбудителей с автоматическим регулированием возбуждения (АРВ).

Синхронный электропривод так же способствует решению одной из центральных научно-технических проблем электроснабжения – проблемы получения и распределения реактивной мощности. Повышение коэффициента мощности способствует:

1. Снижение максимального рабочего напряжения в системе электроснабжения, что может привести к использованию более дешёвых установок;

2. Экономии электроэнергии в периоды максимумов нагрузки за счёт снижения потерь всетях;

3. Уменьшения необходимой кажущейся мощности трансформаторов;

4. Увеличение статической и динамической устойчивости систем электроснабжения.

Наиболее простым способом повышения коэффициента мощности в узлах нагрузок является применение синхронных двигателей (СД) с автоматической регулировкой возбуждения (АРВ).

Все синхронные ЭП, с точки зрения нагрузочных диаграмм, специфичных требований к пусковым режимам и задач автоматического регулирования возбуждения СД, целесообразно разделить на три класса:

1) Класс ЭП неизменной и медленно меняющейся нагрузки;

2) Класс ЭП пульсирующей нагрузки;

3) Класс ЭП резкопеременной нагрузки.

Под автоматическим управлением синхронным электроприводом понимается:

1. автоматизация пуска;2. синхронизация;3. ресинхронизация;4. торможение СД;5. АРВ для поддержания требуемого режима питающей сети и самого двигателя.

Автоматизация процесса пуска включает 2 этапа:

1. Асинхронный пуск до скорости, близкой к синхронной (0.90 ÷ 0.95)ω0 ;

2. Процесс синхронизации после подачи напряжения в цепь возбуждения.

При пуске мощных синхронных машин от сети соизмеримой мощности применяется

пуск:1. при пониженном напряжении;2. используется пусковой реактор;

3. используется пусковой трансформатор.

Для благоприятного вхождения в синхронизм, входной момент должен быть больше на 10% момента сопротивления ВХ C M 〉M . Широко используются системы с наглухо приключённым возбудителем (простота, имеет благоприятные условия с точки зрения синхронизации).

Торможение СД осуществляется по схемам динамического торможения, в которых обмотка статора отключается от сети и замыкается на тормозное сопротивление. С целью повышения эффективности торможения, по мере снижения скорости ток возбуждения автоматически доводится до максимально возможной величины.

Для обеспечения режимов питающей сети с высокими технико-экономическими показателями требуется, чтобы СД отдавали в сеть, регулируемую реактивную мощность.

Величина этой мощности зависит от режима питающей сети и загрузки синхронных двигателей и изменяется регулированием возбуждения.

К системам АРВ СД предъявляются следующие специфические технические

требования:

1. Сохранение устойчивости работы при изменении параметров питающей сети2. Стабильность в обеспечении заданного режима;

3. Простота и надёжность замера параметров, по которым осуществляется АРВ СД, а также высокая чувствительность измерительных элементов;

4. Высокая эксплуатационная надёжность всей системы АРВ АД;

5. Возможно меньшее запаздывание, связанное с инерционностью, имеющейся как в самих регуляторах, так и во всех элементах системы АРВ АД.

Для синхронных ЭП используются различные системы возбуждения. В качестве систем

возбуждения СД в современной практике применяются:

1. Системы с электромашинными возбудителями постоянного тока;

2. Системы с ионными преобразователями тока;

3.Системы с полупроводниковыми и магнито-полупроводниковыми преобразователями;

4. Системы со встроенными механическими выпрямителями;

5. Системы возбуждения с электромашинными возбудителями переменного тока и полупроводниковыми вентилями(бесконтактные системы возбуждения).

Применяются три разновидности систем возбуждения с возбудителями постоянного тока:

1. Система с глухоподчинённым возбудителем (рис 5.33);

2.Система с глухоподчинённым возбудителем через разрядное сопротивление(рис 5.28);

3. Система, в которой присоединение обмотки возбуждения двигателя к якорю возбудителя или разрядному сопротивлению СР осуществляется с помощью контакта с защелкой К1. Рис 5.33, 5.34, 5.35

При прямом пуске синхронизация с сетью в рассмотренных схемах осуществляется автоматически, после самовозбуждения возбудителя. Если при пуске время разбега СД превышает время самовозбуждения усилителя или момент статического сопротивления на валу превышает 40% номинального момента СД, то применяют прямой пуск с разрядным резистором R в обмотке возбуждения ротора, который отключается при разбеге СД до подсинхронной скорости. Разрядный резистор ограничивает ток возбуждения при пуске, улучшая этим механическую характеристику СД и обеспечивает ускоренное гашение поля СД после его отключения от сети, что снижает аварийное разрушение обмотки при коротком замыкании. Выбор сопротивления разрядного резистора R производится в зависимости от сопротивления обмотки ротора P R :

R = (8 ÷10)RP .

В системах АРВ СД применяют также возбудители с независимым возбуждением. На обмотку возбуждения действует управляющий сигнал (например от ЭМУ или от управляемого выпрямителя UV (рисунок 5.36).

Системы с ЭМУ (рисунок 5.36) используются для синхронных СД большой мощности. Общими недостатками систем возбуждения с возбудителями постоянного тока являются:

1. Наличие контактных элементов, в первую очередь коллектора и щёточной

системы возбудителя;

2. Требования постоянного обслуживающего персонала;

3.В случае пожаровзрывоопасных объектов необходимость взрывобезопасного исполнения либо установка возбудителя в отдельном помещении;

4. Достаточно высокая инерционность системы, что при больших потоках

возбуждения СД и требуемом высоком быстродействии вызывает необходимость значительного увеличения габаритов возбудителя.