Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Электрический привод. Электрический привод переменного тока. В 3 частях. Ч. 3. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 76 7 > Следующая >>>

3. ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ НА БАЗЕ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

3.1. Принцип работы синхронного двигателя

При прямом подключении статора двигателя к питающей сети основное

преимущество синхронных двигателей перед асинхронными заключается в способности двигателя изменять величину и знак реактивной мощности при регулировании величины тока возбуждения. При перевозбуждении двигателя реактивная мощность отдается в питающую сеть, а при недовозбуждении потребляется из сети, поэтому при отклонении режима сети от нормального состояния есть возможность воздействия на систему путем регулирования токов возбуждения мощных синхронных двигателей. Синхронные двигатели имеют абсолютно жесткий рабочий участок механической характеристики, что благоприятно для многих производственных механизмов так как обеспечивает постоянство частоты вращения во всем диапазоне изменения статического момента на валу двигателя. При значительной мощности синхронных двигателей, подключенных к узлу нагрузки и работающих в длительном режиме, создаются более благоприятные условия для прямого пуска асинхронных двигателей и вновь включаемых синхронных двигателей, а также самозапуска этих двигателей после кратковременного снижения напряжения или перерыва питания. Мощные синхронные генераторы, работающие в энергосистемах, для повышения устойчивости оснащаются автоматическим регулированием возбуждения (АРВ). Системы АРВ применяются и на синхронных двигателях, что позволяет повысить устойчивость узлов нагрузки и энергосистемы в целом [13, 19-21].

Трехфазные синхронные двигатели имеют конструкцию статора подоб-

ную конструкции статора трехфазного асинхронного двигателя, они различаются по конструктивному выполнению ротора. Двигатели с неявно выраженными полюсами – турбодвигатели, имеют массивный ротор с выфрезерованными в нем пазами, куда укладываются обмотки возбуждения. Такие двигате-

ли чаще всего выполняются двухполюсными с частотой вращения 3000

ЭЛ















об/мин.

Двигатели с явно выраженными полюсами имеют обмотку возбуждения в виде катушек, насаженных на полюс. Полюсы магнитопровода ротора могут выполняться массивными или шихтованными. У двигателей с шихтованными полюсами для увеличения асинхронного момента на полюсах устанавливают специальные пусковые обмотки. Двигатели с явно выраженными полюсами обычно являются многополюсными, их частота вращения не превышает 1500 об/мин. У явнополюсных синхронных машин воздушный зазор по поперечной оси q значительно больше, чем по продольной оси d, совпадающей с осью положения полюсов. По продольной оси d магнитное поле проходит в основном по стальному телу ротора, пересекая лишь небольшой воздушный зазор, а по поперечной оси q магнитное поле проходит в межполюсном пространстве, преодолевая большой воздушный промежуток, поэтому проводимость по продольной оси значительно больше, чем по поперечной оси. Насыщение магнитопровода сказывается на индуктивных сопротивлениях взаимоиндукции и синхронном сопротивлении по оси d. По оси q из-за большого воздушного промежутка насыщения не наступает.

Поскольку конструкция статора синхронного двигателя аналогична конструкции статора асинхронного двигателя, аналогичным также является процесс формирования вращающегося поля статора, скорость которого определяется по формуле

. (3.1)

На роторе синхронного двигателя расположена обмотка возбуждения, питающаяся от регулируемого источника напряжения постоянного тока, называемого возбудителем. Протекающий по обмотке ротора постоянный ток создает электромагнитное поле неподвижное относительно ротора и вращающееся вместе с ротором со скоростью

. Схема включения синхронного двига-

теля показана на рис. 3.1.

A B C

Рис. 3.1. Схема включения синхронного двигателя

Обмотка статора подключена к трехфазной питающей сети. С помощью контактов контактора КМ на начальном этапе обмотку ротора подключают к пусковому резистору Rп, а после разгона до подсинхронной скорости пусковой резистор отключают, и обмотку ротора подключают к источнику напряжения постоянного тока.

3.2. Математическое описание синхронного двигателя

Анализ электромеханических переходных процессов в синхронном двигателе удобно проводить на базе его двухфазной обобщенной модели, приведенной на рис. 3.2.

ферной обмотки, в котором индуктивности по осям d и q разные. В модели обмотка возбуждения совмещена с осью d. Система уравнений, описывающих синхронный двигатель в координатах d , q имеет следующий вид:

Будем рассматривать явнополюсный синхронный двигатель без демп-

1α

1β

1α

1β

эп

Riu

111









Riu

111









Riu

ddd2

222





Riu

qqq2

222





dmdd

iLiL

2111



qmqq

iLiL

2111



qmdxdd

iLiL

1222



dmqqq

iLiL

1222



 

qddqn

iiPM

1111



JMM





qdLL11

qdLL22

Рис. 3.2. Обобщенная двухфазная модель явнополюсного

синхронного двигателя

;

; (3.1)

;

где

;

- индуктивности статора и ротора по осям d и q.

Для синхронного двигателя важным параметром является угол нагрузки

элэл

 )(



nэл

р



;)()cos(

;)sin(

211

111эл1

11эл

111эл1

dmddэл

qqm

ddm

iLiL

LiRU







2222

LRiu

ddd



].)[(

21111 dmdqddn

iLiLLipM 

;)()cos(

;)sin(

21111эл1

11эл11эл1

dmddэлqm

qqdm

ILILRIU

ILRIU







222

Riudd

r 

где

; рn – число пар полюсов двигателя.

Уравнения баланса напряжений в цепи статора и ротора синхронного двигателя в осях d и q можно представить в виде

Момент двигателя можно определить по формуле

, (3.2)

(3.3)

(3.4)

В установившемся режиме уравнения (3.3) имеют вид

(3.5)

Векторные диаграммы синхронного двигателя, построенные в соответствии с уравнениями (3.5) приведены на рис. 3.3.

3.3. Анализ установившегося режима работы синхронной машины

Выражения для мощности P и электромагнитного момента

синхронной машины, работающей параллельно с сетью бесконечной мощности, могут быть получены с помощью упрощенной векторной диаграммы явнополюсного

генератора (рис. 3.4) при допущении

Рис. 3.3. Векторная диаграмма СД: а – в режиме недовозбуждения;

б – в режиме перевозбуждения

 

a a a a

P mU I cos mU I cos

  

  

 

cos sin sin cos cos

     

  

 

a ad a aq

P mU I sin sin cos cos

mU I sin mU I cos

   



  



;

E U cos







U sin





0,a a a

d d q

mU E mU mU

P sin sin cos sin cos

x x x

    

  

Рис. 3.4. Упрощенная векторная диаграмма явнополюсного

синхронного генератора

Активная мощность, вырабатываемая генератором [2, 13, 19]

. (3.6)

Преобразовав тригонометрическое выражение

, (3.7)

получим

Из векторной диаграммы (рис. 3.4) следует:

Выражение (3.8) с учетом (3.9) запишется в виде:

(3.8)

(3.9)

(3.10)

где

sin cos sin

  



d q d

mU E mU

P sin sin

x x x





  



 

E const

d q c

x x x

0.a

mU E

P sin





ЭМ

PP

1 1 1

осн р

d q d

mU E mU

M sin sin M M

x x x



  



     



 

осн

0E 

mU E

M sin







Окончательно получим

(3.11)

Выражение (3.11) показывает зависимость активной мощности P син-

хронной машины при параллельной работе с сетью бесконечной мощности и

неизменном токе возбуждения (

) от угла нагрузки  в явнополюс-

ной синхронной машине. Для машин с неявнополюсным ротором

, поэтому (3.11) принимает вид:

(3.12)

Машины средней и большой мощности характеризуются малыми потерями мощности по сравнению с мощностью P, отдаваемой в сеть при генераторном режиме и потребляемой из сети в двигательном режиме. Пренебрегая

потерями можно считать, что электромагнитная мощность машины

мощность P равны. Электромагнитный момент

пропорционален мощности

, поэтому у явнополюсной синхронной машины

где

возбуждения синхронной машины;

– основная составляющая момента, зависящая от напряжения сети и

– реактивная составляющая момента,

которая присутствует даже в невозбужденной машине (

Для неявнополюсной машины

, (3.13)

) [3, 19].

; (3.14)

Зависимости

 





 





U const

E const

 

осн





 





, полученные при условиях

, называются угловыми характеристиками синхронной машины.

Рис. 3.5. Угловые характеристики синхронной машины:

1 – график основной составляющей

графиком момента неявнополюсной машины; 2 – график реактивной

составляющей

явнополюсной машины

3.4. Пуск синхронного двигателя

Запустить синхронный двигатель, не имеющий дополнительной пусковой обмотки, путем непосредственного включения в сеть нельзя. При неподвижном роторе в случае подключения статора двигателя к цепи переменно-

; 3 – график результирующего момента

, который является также

го тока, а обмотки возбуждения – к источнику напряжения постоянного тока, во время протекания токов по обмоткам электромагнитный момент будет дважды за цикл изменять свое направление и средний момент за период будет равняться нулю. Ротор обладает значительной инерцией, поэтому не может

разогнаться до синхронной частоты вращения в течение одного полупериода.



Для пуска синхронного двигателя необходимо предварительно разогнать ротор до угловой скорости, близкой (около 95%) к угловой скорости вращения поля статора. В этих условиях поле статора будет медленно вращаться относительно полюсов ротора, и после подключения обмотки возбуждения к источнику питания между магнитными системами ротора и статора установится магнитная связь, возникнет колеблющийся синхронный электромагнитный момент, под действием которого ротор в момент достижения синхронной частоты вращения втянется в синхронизм [2, 19].

Пуск синхронных двигателей проводится преимущественно асинхронным способом. Для облегчения условий пуска СД в конструкцию двигателя вносят усложнение - в пазах полюсных наконечников ротора размещают короткозамкнутую пусковую обмотку, которая выполняется по типу «беличья клетка». Величина сопротивления пусковой обмотки выбирается исходя из условий формирования требуемой пусковой характеристики синхронного двигателя с учетом возможной статической нагрузки. Пусковая обмотка при синхронном вращении ротора выполняет функции демпферной (успокоительной) обмотки, ограничивая возможные колебания (качания) ротора. Колебания ротора обычно бывают вызваны изменением нагрузки на валу двигателя. Обмотка возбуждения во избежание пробоя изоляции замыкается на время пуска на гасящий резистор Rп (рис. 3.1), сопротивление которого превышает активное сопротивление обмотки возбуждения в 8–12 раз.

Зависимости электромагнитного момента от скольжения при асинхронном пуске СД показаны на рис. 3.6. Характеристика

построена для случая

отсутствия гасящего резистора, когда обмотка возбуждения замкнута накоротко.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 76 7 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]