1.3 Пуск сд
При неподвижном роторе и подключении обмотки статора к сети переменного тока и обмотки возбуждения к источнику постоянного тока из-за постоянно изменяющихся взаимных направлений магнитных полей статора и ротора СД будет развивать не постоянный по направлению, а знакопеременный вращающий момент, а, следовательно, не сможет разогнаться до синхронной скорости ω0 без применения специальных мер по его запуску.
Один из способов пуска, который в настоящее время находит ограниченное применение, связан с использованием небольшого по мощности вспомогательного двигателя, устанавливаемого на валу СД. С помощью этого двигателя ротор ненагруженного СД разгоняется до синхронной скорости, после чего осуществляется его синхронизация с сетью. В системах «СД - генератор постоянного тока» в качестве вспомогательного двигателя может использоваться генератор, работающий в период пуска в двигательном режиме.
Наибольшее же распространение получил другой способ пуска СД, называемый асинхронным. Для его реализации на роторе СД укладывается дополнительная пусковая обмотка, выполняемая аналогично короткозамкнутой обмотке АД типа беличьей клетки. В этом случае при подключении СД к сети переменного тока происходит его разбег аналогично АД. При подсинхронной скорости СД, отличающейся от синхронной на несколько процентов, ток подается в обмотку возбуждения двигателя и он втягивается в синхронизм с сетью.
В зависимости от своих параметров пусковая обмотка СД обеспечивает два основных вида механической пусковой характеристики (рис. 114). Характеристика 1 обеспечивает более высокий синхронизирующий (входной) момент Мв1 по сравнению с характеристикой 2, но меньший начальный (пусковой) момент Мп1 < Мп2 Выбор вида пусковой характеристики СД определяется конкретными условиями его работы.
Рисунок 114 – Пусковая характеристика СД
При пуске СД используются две основные схемы его возбуждения. При использовании схемы с подключением возбудителя в конце пуска, приведенной на рис. 115, на первом этапе пуска контакт 6 разомкнут, а контакт 4 замкнут. Обмотка возбуждения 2 двигателя 1 оказывается замкнутой на резистор 3 и асинхронный пуск происходит в благоприятных условиях. В конце пуска при достижении подсинхронной скорости по команде специального реле управления, в качестве которого могут быть использованы реле частоты, тока или времени, контакт 4 размыкается, а контакт 6 замыкается. В результате в обмотку возбуждения 2 подается ток от возбудителя 8 и СД втягивается в синхронизм. Регулирование тока возбуждения осуществляется резистором 5 в цепи обмотки возбуждения 7 возбудителя.
Рисунок 115 – Схема возбуждения СД
Схема возбуждения СД (рис. 112, а), более простая, получила название схемы с постоянно (глухо) подключенным возбудителем. В этой схеме обмотка возбуждения с самого начала пуска постоянно подключена к возбудителю 2. При скорости ω ≈ 0,7ω0 происходит самовозбуждение возбудителя и в обмотку возбуждения СД подается ток возбуждения, благодаря чему при достижении подсинхронной скорости двигатель втягивается в синхронизм.
Пуск по схеме рис. 112, а происходит в менее благоприятных условиях, так как пусковой момент СД оказывается ниже, чем при использовании схемы рис. 115, что затрудняет его синхронизацию. Поэтому эта схема применяется при относительно легких условиях пуска СД, когда момент нагрузки на его валу не превосходит 50% его номинального момента, а инерционные массы ЭП и исполнительного органа невелики. При более трудных условиях возбудитель подключается в конце пуска.
Пуск СД может происходить с ограничением пускового тока или без него. В большинстве случаев СД мощностью до нескольких сотен киловатт (а иногда и более) при наличии мощной питающей сети запускаются прямым подключением к сети без ограничения тока. Кратность пускового тока по отношению к номинальному при прямом пуске составляет обычно 4...5.
При пуске СД большей мощности (несколько тысяч киловатт), соизмеримой с мощностью питающей сети, возникает необходимость ограничения пусковых токов, что достигается чаще всего использованием добавочных резисторов, реакторов или автотрансформаторов. Замыкая выключатель 1 в схеме с реактором (рис. 116, а), при отключенном выключателе 2 осуществляют пуск СД 4 с реактором 3 в цепи статора, обеспечивающим снижение пускового тока до допустимого уровня. При достижении СД подсинхронной скорости замыкают выключатель 2, который шунтирует реактор, и двигатель оказывается подключенным к сети. Автоматизация пуска осуществляется обычно в функции времени. В некоторых схемах вместо реактора применяются более дешевые активные резисторы.
В случае использования автотрансформатора 3 (рис. 116, б) при пуске замыкают выключатели 1 и 5 и к СД 4 подводится пониженное напряжение. При достижении им подсинхронной скорости отключается выключатель 5, замыкается выключатель 2 и СД подключается непосредственно к выводам питающей сети.
При использовании автотрансформатора пусковой ток снижается пропорционально квадрату отношения напряжений СД и сети (Ud/Uc)2, а при использовании реакторов или резисторов - пропорционально этому отношению. Однако автотрансформаторный способ пуска является более сложным, дорогим и менее надежным по сравнению с реакторным (резисторным) и применяется реже.
Рисунок 116 – Схемы пуска СД
При питании СД от преобразователя частоты может быть реализован так называемый частотный пуск, обеспечивающий с помощью специального задатчика такой темп изменения частоты питающего СД напряжения (и скорости вращения его магнитного поля), при котором ротор «успевает» за полем и двигатель работает синхронно с источником питания уже с самых малых своих скоростей. Для такого способа пуска характерны к тому же и меньшие потери энергии в двигателе при пуске.