52. Каковы преимущества и недостатки синхронного двигателя по сравнению с асинхронным?
Достоинства и недостатки синхронного двигателя в сравнении с асинхронным. Синхронные двигатели имеют следующие достоинства:
а) к сокращению размеров двигателя, так как его ток меньше тока асинхронного двигателя той же мощности;
б) меньшую чувствительность к колебаниям напряжения, так как их максимальный момент пропорционален напряжению в первой степени (а не квадрату напряжения);
в) строгое постоянство частоты вращения независимо от механической нагрузки на валу.
Недостатки синхронных двигателей:
а) сложность конструкции;
б) сравнительная сложность пуска в ход;
в) трудности с регулированием частоты вращения, которое возможно только путем изменения частоты питающего напряжения.
Указанные недостатки синхронных двигателей делают их менее выгодными, чем асинхронные двигатели, при ограниченных мощностях до 100 кВт. Однако при более высоких мощностях, когда важно иметь уменьшенные габаритные размеры машины, синхронные двигатели предпочтительнее асинхронных.
Синхронный двигатель не имеет начального пускового момента. Если его подключить к сети переменного тока, когда ротор неподвижен, а по обмотке возбуждения проходит постоянный ток, то за один период изменения тока электромагнитный момент будет дважды изменять свое направление, т. е. средний момент за период равняется нулю. При этих условиях двигатель не сможет прийти во вращение, так как его ротор, обладающий определенной инерцией, не может быть в течение одного полупериода разогнан до синхронной частоты вращения. Следовательно, для пуска синхронного двигателя необходимо разогнать его ротор с помощью внешнего момента до частоты вращения, близкой к синхронной.
53. Способы пуска в ход синхронного двигателя
Существует два способа пуска в ход синхронных двигателей: синхронный и асинхронный.
Синхронный
пуск осуществляется с помощью разгонного
пускового двигателя сравнительно
небольшой мощности (до 10% от мощности
синхронного двигателя), установленного
на общем валу. Двигатель пускается
только в ненагруженном состоянии.
После разгона двигателя до скорости, близкой к синхронной, выполняются все операции синхронизации.
В качестве разгонного двигателя используется асинхронный двигатель на то же число пар полюсов статора, что и синхронный, или двигатель постоянного тока.
После включения двигателя (статора) на сеть синхронная машина быстро втягивается в синхронизм и принимает нагрузку, а разгонный двигатель отключается.
Недостатком такого способа пуска является его сложность, а также удорожание установки за счет разгонного двигателя и устройств синхронизации.
Асинхронный пуск синхронных двигателей в настоящее время является основным.
Для
осуществления асинхронного пуска в
полюсных наконечниках ротора закладываются
толстые латунные стержни, по торцам
впаянные в медные пластины. Таким
образом, в роторе помимо основной
создается дополнительная (пусковая)
короткозамкнутая обмотка, аналогичная
обмотке типа беличьего колеса у
асинхронных двигателей.
На время пуска основная обмотка ротора отключается от источника ее питапия и замыкается на активное разрядное сопротивление r0. Статорная обмотка включается в сеть. Возникающий в машине вращающийся магнитный поток пересекает пусковую роторную обмотку, наводит в ней э. д. с. Так как эта обмотка замкнута накоротко (клетка), в ней возникает ток, взаимодействие которого с вращающимся потоком и создает пусковой вращающий момент, разгоняющий двигатель до скорости, близкой к синхронной. После этого основная роторная обмотка переключается на питающий ее источник постоянного тока и возникающие при этом в машине внутренние синхронизирующие силы доводят скорость ротора до синхронной. Таким образом, двигатель этим способом пускается как короткозамкиутый асинхронный. Большое преимущество асинхронного пуска по сравнению с синхронным – простота всех операций. Вторым его преимуществом является возможность пуска под частичной и даже полной нагрузкой.
После пуска двигателя его пусковая обмотка не создает вращающего момента, так как вращается синхронно с потоком и не пересекается им. Однако при резких изменениях нагрузки, на мгновение изменяющих скорость вращения ротора и угрожающих вывести его из синхронизма, эта обмотка создает момент, удерживающий ротор в синхронном режиме. Поэтому эта обмотка называется еще успокоительной, или демпферной.
Во время пуска вращающий поток статора пересекает также и основную обмотку ротора с большим числом витков w2 и создает в ней э. д. с.
Разрядное сопротивление r0 предназначено для снижения напряжения на зажимах обмотки возбуждение ротора (на кольцах) во время пуска двигателя. В этом случае:
При разомкнутой обмотке ротора ее напряжение U2, равное э. д. с. E2, может достигнуть величины, опасной для целости изоляции ротора и для обслуживающего персонала.
Неявнополюсные синхронные двигатели применяются редко, изготовляются только на 3000 об/мин. Роль пусковой короткозамкнутой обмотки ротора в них выполняют клинья и сталь (бочка) ротора. Они обычно пускаются при пониженном напряжении, так как асинхронный пуск их происходит в более тяжелых температурных условиях, благодаря тому, что индукционные токи в основном протекают в тонком поверхностном слое массивного ротора.
Явнополюсные синхронные двигатели мощностью до нескольких сот киловатт, а иногда и больше, рассчитываются на прямой пуск от полного напряжения сети с учетом, что их пусковые токи при этом превышают номинальные в четыре-пять раз.
Если прямой асинхронный пуск синхронных двигателей большой мощности затруднителен (недостаточна мощность системы), то для уменьшения пусковых токов двигатели пускаются при пониженном напряжении. Понижение напряжения (и постепенное ступенчатое повышение его) осуществляется с помощью автотрансформатора или реактора, или того и другого вместе.
Пуск при пониженном напряжении осуществляется вхолостую (или при малой нагрузке), так как вращающий момент пусковой обмотки, пропорционален квадрату напряжения, подаваемого на статор.