4.5 Пуск и защита электромеханического преобразователя при работе с сетью

Вращающий момент синхронного генератора создается в результате взаимодействия магнитного поля статора с магнитным полем полюсов ротора. При нормальной работе синхронного генератора его ротор вращается с частотой вращающегося магнитного поля статора. При этом равноименные полюса полей статора и ротора, притягиваясь друг к другу, оказываются как бы сцепленными между собой через воздушный зазор машины. Магнитное поле статора при вращении увлекает за собой полюса ротора и заставляет их вращаться с той же частотой вращения, что и вращающееся магнитное поле.

В момент пуска при включении обмотки статора синхронного электрогенератора в трехфазную сеть возникает вращающееся магнитное поле, но при подаче постоянного напряжения в обмотку ротора он останется неподвижным, поскольку синхронный генератор имеет пусковой момент, равный нулю. Поэтому пуск синхронного генератора осуществляется с применением пусковых устройств.

В практике наиболее широко распространены следующие способы пуска:

а) пуск синхронного генератора с помощью вспомогательного двигателя;

б) асинхронный пуск синхронного электрогенератора.

При пуске по первому способу ротор синхронного генератора с возбужденными полюсами с помощью другого вспомогательного электродвигателя доводится до частоты вращения ротора, равной или близкой к синхронной частоте вращения. При этом разноименные полюса ротора и поля статора, неподвижные относительно друг друга в пространстве, притягиваются через воздушный зазор машины. Ротор входит в синхронизм и далее вращается самостоятельно с частотой вращающегося магнитного ноля. Вспомогательный двигатель оказывается при этом ненужным и его можно отключить от сети. В качестве вспомогательного двигателя обычно используется электродвигатель постоянного тока или асинхронный двигатель с соответствующим числом пар полюсов.

Недостатком рассмотренного способа является относительная сложность процесса пуска и необходимость применения вспомогательного двигателя, который после окончания пуска оказывает тормозное воздействие на синхронный генератор и снижает КПД установки. Учитывая это, в ряде случаев; после окончания пуска вспомогательный двигатель с помощью специального устройства отключается от вала синхронного электродвигателя.

Чаще применяется асинхронный пуск синхронного электрогенератора, лишенный указанных недостатков. Сущность способа заключается в том, что в полюсных наконечниках ротора синхронного генератора укладывается дополнительная короткозамкнутая обмотка ротора, выполняющая ту же роль, что и обмотка ротора асинхронного двигателя.

При включении обмотки статора синхронного генератора в трехфазную сеть в магнитопроводе и воздушном зазоре машины создается вращающееся магнитное поле. Это поле наводит в короткозамкнутой обмотке неподвижного ротора переменный ток, который, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, создает вращающий момент, приводящий ротор во вращение в направлении вращающегося магнитного поля.

Происходит нарастание частоты вращения ротора синхронного генератора, которое после окончания разгона достигает значения, близкого к синхронной частоте вращения, т.к. процесс пуска синхронного двигателя происходит в режиме холостого хода, без нагрузки. Затем включается питание обмотки ротора синхронного генератора. Полюса ротора возбуждаются, и в результате взаимодействия магнитных полей статора и ротора, синхронный электрогенератор входит в синхронизм. После окончания пуска относительная скорость перемещения проводников короткозамкнутой обмотки ротора в магнитном поле оказывается равной нулю. Ток в этой обмотке уменьшается до нуля и при дальнейшей работе синхронного двигателя с синхронной частотой вращения короткозамкнутая обмотка ротора не оказывает воздействия на работу синхронного двигателя, так как момент вращения, создаваемый с ее помощью, также равен нулю.

При появлении толчков, возможных при сбросе и нарастании нагрузки на валу синхронного генератора, когда происходит кратковременное скачкообразное изменение частоты вращения ротора в результате изменения угла нагрузки, в короткозамкнутой обмотке ротора возникает ток, который, взаимодействуя с полем статора, будет создавать момент, препятствующий изменению частоты вращения. В этом случае вспомогательная короткозамкнутая обмотка ротора играет роль своеобразного демпфера, сглаживающего толчки нагрузки.

Преимуществом данного способа пуска является простота, поскольку пуск производится простым включением в питающую сеть синхронного двигателя. Недостаток способа заключается в том, что при пуске в обмотке статора синхронного двигателя возникают значительные пусковые токи, которые вызывают заметное снижение напряжения в питающей сети, что неблагоприятно отражается на работе других потребителей электроэнергии, питающихся от той же сети. Для уменьшения пускового тока пуск синхронных генераторов производят при пониженном напряжении или иногда осуществляют пуск с переключением обмотки статора со звезды на треугольник.

После окончания пуска генератор нагружают подключением к нему производственного механизма.

Заключение

В данной работе спроектирован трехфазный синхронный генератора типа СТ2, явнополюсный, мощностью 250 кВт.

Для целей проектирования установлены следующие технические требования и исходные материалы: номинальный режим работы S1, нормальная отдаваемая мощность Р2 = 250 кВт; количество фаз статора m1=3; способ соединения фаз статора ∆/Y; частота напряжения f=50 Гц; номинальное линейное напряжение U1=400В; синхронная частота вращения n1=750 об/мин; количество пар полюсов Р=4; КПД η=93,2 %; cos φ = 0,8.

Производство проектируемого генератора является экономически целесообразным, так как годовой экономический эффект от внедрения нового генератора составит 2739.36 руб. В силу того, что применение одной обмотки в подобных генераторах позволяет лучше использовать активный объем машины, годовой экономический эффект можно также получить и в сфере эксплуатации.

Список использованных источников

1. Антонов М.В., Герасимова Л.С. Технология производства электрических машин. - М.: Энергоиздат, 1982. - 512 с.

2. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины. М., 1979. Ч. I. - 282 с., Ч. П. - 303 с.

. Бут Д.А. Анализ и расчет синхронных машин с возбуждением от постоянных магнитов. // Электричество. - 1996. - № 6. - 25 - 32.

. Буханцов Е.И. Методические указания к курсовому проекту по электрическим машинам. Синхронные генераторы/ НПИ. Новочеркасск, 1984. 48 с.

. Буханцов Е.И. Методические указания. Пример расчёта синхронного генератора/ НПИ. Новочеркасск, 1985. 40 с.

. Видеман Е., Келлепбергер В. Конструкции электрических машин/Сокр. пер. с нем.; Под ред. Б.Н. Красовского. Л.: Энергия, 1972.; 520 с.

. Виноградов Н.В. Производство электрических машин. М.: Энергия, 1970. 288 с.

. Вольдек А.И. Электрические машины. Л., 1978. - 832 с.

. Вольдек А.И. Электрические машины, М.: Энергия, 1974

. Гольдберг О.Д. Проектирование электрических машин, М.: Высшая школа, 2001.

. Гольдберг О.Д., Гурин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин. - М.: Высш. шк., 1984. - 431с.

. Грузов Л.Н. Методы математического исследования электрических машин. - М.: Госэнергоиздат., 1953. - 264 с.

. Гурин Я.С., Кузнецов Б.И. Проектирование серий электрических машин. - М.: Энергия, 1978. - 479с.

. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. М.,1980. - 928с.

. Кацман М.М. Расчет и конструирование электрических машин. М., 1984. - 359 с.

. Кацман М.М. Руководство к лабораторным работам по электрическим машинам и электроприводу. М., 1983. - 215с.

. Кацман М.М. Электрические машины и электропривод автоматических устройств. М., 1987. - 334 с.

. Кацман М.М. Электрические машины. М., 1990. - 463 с.

. Копылов И.П. Электрические машины. М., 1986. - 360 с.

. Копылов И.П. Проектирование электрических машин. - М.: Высшая школа, 2002. - 757 с.

. Костеленец Н.Ф., Кузнецов Н.Л. Испытание и надежность электрических машин. - М.: Высшая школа, 1989. - 232 с.

. Костенко Г.Н., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Л., 1972. 4.1.- 544с.; 1973. Ч. И.- 648 с.

. Костромин В.Г. Технология производства машин пост. тока. - М.: Энергоиздат, 1981. - 272 с.

. Липецкий Я.Л, Сергеев В.В. Перспективы развития материалов для постоянных магнитов. // Электротехника. - 1985. - №2. - 27 - 30.

. Обмотки электрических машин. В.И. Зимин, М.Я. Каплан, А.М. Палей и др. М., 1975 - 288 с.

. Осин И.Л., Шакарян Ю.Г. Электрические машины: Синхронные машины - М.: Высшая, школа, 1990. - 304 с.

. Петров Г.Н. Электрические машины. Ч.I. Трансформаторы. М., 1974.- 240с.

. Петров Г.Н. Электрические машины. Ч. II. Асинхронные и синхронные машины. 1963. - 416с.

. Петров Г.Н. Электрические машины. Ч. III. Коллекторные машины постоянного и переменного тока. М., 1968. -224с.

. Пешков И.Б. Обмоточные провода - М.: Энергоатомиздат, 1995. - 416 с.

. Пиотровский Л.М., Васютинский С.Б., Несговороеа Е.Д. Испытание электрических машин. Ч. 2. М., 1960. - 290 с.

. Проектирование электрических машин./Под ред. И.П. Копылова. М., 1980. - 495 с.

. Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов: В 2 кн./ И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин и др.; Под. ред. И.П. Копылова.- 2-е изд., перераб. и доп. М.:Энергоатомиздат, 1993. Кн. 2. 384 с.

. Специальные электрические машины./Под ред. А.И. Бертинова. М., 1982. - 552 с.

. Справочник по электрическим машинам в 2 т.: Том первый / Под общей ред. И.П. Копылова, Б.К. Клокова. - М.,1988.-455с.

. Справочник по электрическим машинам: В 2 т. / Под общей ред. И.П. Копылова, Б.К. Клокова. - М.: Энергоатомиздат, 1988, 1989. 1 т. 456 с.; 2 т. - 688 с.

. Справочник по электротехническим материалам: В 3 т. Т.1 / Под ред. Ю.В. Корицкого и др. - М.: Энергоатомиздат,1986. - 526 с.

. Филиппов И.Ф. Теплообмен в электрических машинах. - Л.: Энергоатомиздат, 1986. - 256 с.

. Электротехнический справочник/ Под ред. П.Г. Грудинского, Г.Н. Петрова, М.И. Соколова, А.М. Федосеева, М.Г. Чиликина, И.В. Антика. Изд. 5-е. М.: Энергия, 1974. Т. 1. 775 с.

. Электротехнический справочник: В 4 т. Т. 2 Электротехнические изделия и устройства / Под общ. Ред. Профессора МЭИ В.Г. Герасимова и др. -М.: Издательство МЭИ, 1998. - 518 с.

. Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств. М., 1976. - 416 с.

. ГОСТ 12.1.003-83. ССБТ. Шум. Общие требования безопасности. - Введенный 01.07.89.

. ГОСТ 12.1.038-82. ССБТ. Электробезопасность. Гранично-допустимые значения напряжения и токов. - Введенный 01.07.83.

. ГОСТ 12.1.006-84 ССБТ. Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля. -Введенный 01.01.85.

. ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху в рабочей зоне. - Введенный 01.01.89.

. ГОСТ 12.1.045-84 ССБТ. Электротехнические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля. - Введенный 01.01.85.

. ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление и зануление.