2.6.1 Пуск сд. Механические характеристики в пусковом режиме
При пуске мощных СД, по обмотке ротора
которого протекает постоянный ток,
ротор должен разогнаться до синхронной
скорости (до скорости вращающегося
магнитного поля
)
за время, в течение которого угол
изменяется от 0 до
.
При этом, если двигатель не успеет за
указанное время разогнаться до синхронной
скорости, то электромагнитный момент
начинает снижаться, а при
знак вращающегося момента изменяется
на противоположный. Вследствие этого,
на ротор двигателя будет действовать
знакопеременный момент, исключающий
возможность разгона двигателя; и
сопровождающийся бросками тока.
Частота изменения момента соответствует 100Гц, поэтому для обеспечения благополучного запуска СД, ротор предварительно должен быть приведен во вращение со скоростью близкой к синхронной. Такой способ запуска СД называют асинхронным пуском.
Асинхронный пуск проводится в 2 этапа.
1. Разгон до подсинхронной скорости:
.
2. Втягивание в синхронизм:
.
Для того, чтобы успешно реализовать 1-ый этап, обмотку ротора замыкают на разрядное резистивное (активное) сопротивление, предварительно отключив её от источника постоянного напряжения. Ротор снабжают дополнительной пусковой (демпфирующей) обмоткой типа беличьего колеса. При этом вспомогательная обмотка выполняет одновременно две функции.
1) Пусковая функция: создание достаточного
по величине начального пускового момента
,
при одновременном ограничении тока
ротора.
2) Демпфирующая функция: успокоение колебаний при переходных процессах в синхронном двигателе.
а). Разрядное сопротивление
,
вводимое в цепь обмотки ротора, также
выполняет одновременно 2 функции:
Гашение перенапряжения, возникающего на зажимах ОВ в момент запуска.
б) Увеличение активного сопротивления ротора, что, как известно, при работе в асинхронном режиме влечёт за собой увеличение пускового момента (см. реостатные характеристики АД).
Возникновение перенапряжений на зажимах
ОВ при асинхронном пуске двигателя
объясняется тем, что в процессе пуска
синхронный двигатель со стороны ОВ
аналогичен повышающему трансформатору,
за счёт того, что число витков ОВ ротора
значительно больше числа витков обмотки
фазы статора. Поэтому при питающем
напряжении двигателя
,
перенапряжение на зажимах ОВ
.
Таким образом, с помощью введения
разрядного сопротивления в цепь ОВ
удаётся большую часть этого перенапряжения
погасить на разрядном резисторе.
После достижения двигателем подсинхронной
скорости
начинается 2-ой этап. ОВ подключают к
источнику постоянного тока возбуждения,
соответственно отключая от разрядного
резистора. При этом для того, чтобы
двигатель успешно преодолел оставшуюся
часть разгона от
до
(успешно втянулся в синхронизм) необходимо
создать в СД достаточное по величине
значение электромагнитного момента,
который называется входным моментом
.
Очевидно, что
должен быть больше статического момента
сопротивления
.
Кроме того, при подключении к ОВ цепи
постоянного тока создаётся статическое
магнитное поле, которое при взаимодействии
с магнитным полем создаёт тормозной
момент
,
т.е.
.
Следовательно, правильный выбор
добавочного сопротивления
,
вводимого в цепь ротора, при асинхронном
пуске имеет большое значение для процесса
разгона до асинхронной скорости и для
процесса втягивания в синхронизм.
Проиллюстрируем это с помощью 2-х характеристик СД, приведенных на рис.65:
1 - при меньшем значении .
2 - при большем значении .
Чем больше , тем больше пусковой момент . Чем больше разрядное сопротивление , тем двигатель сложнее втягивается в синхронизм. Правильный выбор определяется, в основном, типом производственного механизма (характер зависимости от угловой скорости).
Например, для ЭП поршневых насосов
рассчитывают так, чтобы
,
.
Для привода центробежных машин
рассчитывается так:
,
.
Кроме того, есть ещё один фактор, который влияет на расчёт . Дело в том, что кроме момента созданного дополнительной пусковой обмоткой ротора, есть ещё одна составляющая момента, создаваемая в статорной обмотке вращающейся ОВ. Это составляющая магнитного потока не 3-х фазная, а однофазная.
Рис.65 Механическая характеристика СД при асинхронном пуске -
В процессе «асинхронного пуска» синхронной машины на ротор действуют два момента:
-
асинхронный момент
- электромагнитный момент, создаваемый
вспомогательной, короткозамкнутой
обмоткой «беличье колесо»;
- синхронный момент - момент, создаваемый обмоткой возбуждения.
Синхронный
момент складывается из прямого
и обратного
моментов:
Прямая составляющая действует в направлении :
,
где
- частота токов в обмотке ротора.
Обратная составляющая является знакопеременной:
.
Рис.66 Механическая характеристика СД
при асинхронном пуске -
Если просуммировать все 3 составляющие,
то
(рис.67).
Рис.67 Механическая характеристика СД
при различных значениях
.
На рис.67:
,
где - относительная величина сопротивления;
-
активное сопротивление обмотки
возбуждения.
Провал в области критического момента влияет на перегрузочную способность двигателя, и зависит от активной составляющей сопротивления обмотки ротора. Чем больше величина активного сопротивления ротора, тем меньше провал характеристики.