шпоры эл маш

34. Электромагнитный момент развиваемый асинхронной машиной.

При пользовании единицами системы СИ момент М выражается в ньютон-метрах.

Согласно выражению (25-6), электромагнитный момент при любом заданном значении скольжения пропорционален квадрату приложенного напряжения и тем меньше, чем больше гг и индуктивные сопротивления рассеяния машины . В соответствии с формулой (25-4) при любом заданном s величина М пропорциональна также квадрату вторичного тока.

Согласно равенству (25-6), при s>0 также М > О (режимы двигателя и противовключения)^ а при s < 0 также М <. О (режим генератора

При увеличении скольжения от s = 0 до s = sm момент М растет вместе с увеличением s, а при дальнейшем увеличении скольжения момент М уменьшается, несмотря на увеличение Гг. Необходимо отметить, что на статор электрической машины действует такой же вращающий момент , как и на ротор, но направленный в противоположную сторону.

Момент , действующий на статор, воспринимается деталями й узлами, крепящими машину к фундаменту.

Электромагнитный момент как результат взаимодействия пространственных волн магнитной индукции и токов. В пространственное распределение тока обмотки вдоль окружности якоря было представлено в виде суммы синусоидальных пространственных волн тока разных гармоник.

Возникновение в электрической машине электромагнитных сил и вращающих моментов можно рассматривать как результат взаимодействия указанных волн тока с синусоидальными же волнами распределения индукции магнитного поля вдоль окружности якоря. Отличный от нуля вращающий момент создается взаимодействием пространственных гармоник тока и магнитного поля одинакового порядка, а гармоники разных порядков создают вдоль окружности якоря знакопеременные электромагнитные силы и составлящие момента , суммарная величина которых равна нулю. Полученные соотношения позволяют сделать вывод, что величина максимального момента , во-первых, не зависит, от величины активного сопротивления вторичной цепи, во-вторых, пропорциональна квадрату напряжения, в-третьих, с большой точностью обратно пропорциональна индуктивным сопротивлениям рассеяния и, в-четвертых, в генераторном режиме несколько больше, чем в двигательном.

35. Механическая характеристика асинхронной машины. Вид механической характеристики в различных режимах работы машины.

Зависимость частоты вращения ротора от нагрузки (вращающегося момента на валу) называется механической характеристикой асинхронного двигателя (рис. 262, а). При номинальной нагрузке частота вращения для различных двигателей обычно составляет 98—92,5 % частоты

вращения n1 (скольжение sном = 2 – 7,5 %). Чем больше нагрузка, т. е. вращающий момент, который должен развивать двигатель, тем меньше частота вращения ротора. Как показывает кривая

Рис. 262. Механические характеристики асинхронного двигателя: а — естественная; б — при включении пускового реостата

на рис. 262, а, частота вращения асинхронного двигателя лишь незначительно снижается при увеличении нагрузки в диапазоне от нуля до наибольшего ее значения. Поэтому говорят, что такой двигатель обладает жесткой механической характеристикой. Наибольший вращающий момент Mmax двигатель развивает при некоторое скольжении skp, составляющем 10—20%. Отношение Mmax/Mном определяет перегрузочную способность двигателя, а отношение Мп/Мном — его пусковые свойства. Двигатель может устойчиво работать только при обеспечении саморегулирования, т. е. автоматическом установлении равновесия между приложенным к валу моментом нагрузки Мвн и моментом М, развиваемым двигателем. В двигателе с повышенным пусковым моментом естественная механическая характеристика приближается по своей форме к характеристике двигателя с включенным пусковым реостатом.

Виды: При включении в цепь обмоток ротора пускового реостата получаем семейство механических характеристик (рис. 262,б). Характеристика 1 при работе двигателя без пускового реостата называется естественной. Характеристики 2, 3 и 4, получаемые при подключении к обмотке ротора двигателя реостата с сопротивлениями R1п (кривая 2), R2п (кривая 3) и R3п (кривая 4), называют реостатными механическими характеристиками. При включении пускового реостата механическая характеристика становится более мягкой (более крутопадающей), так как увеличивается активное сопротивление цепи ротора R2 и возрастает sкp. При этом уменьшается пусковой ток. Пусковой момент Мп также зависит от R2. Можно так подобрать сопротивление реостата, чтобы пусковой момент Мп был равен наибольшему Мmax.

38. Регулирование скорости асинхронной машины изменением скольжения.

Этот способ используют в приводе тех механизмов, где установлены асинхронные двигатели с фазным ротором. Например, в приводе подъемно-транспортных машин . В цепь фазного ротора вводится регулировочный реостат. Увеличение активного сопротивления ротора не влияет на величину критического момента, но увеличивает критическое скольжение (рис. 2.21).

На рис. 2.21 приведены механические характеристики асинхронного двигателя при разных сопротивлениях регулировочного реостата Rр3>Rр2>0, Rр1=0.

Как следует из рис. 2.21 при этом способе можно получить большой диапазон регулирования частоты вращения в сторону понижения. Основные недостатки этого способа:

1 Из-за больших потерь на регулировочном реостате снижается коэффициент полезного действия, т.е. способ неэкономичный.

2 Механическая характеристика асинхронного двигателя с увеличением активного сопротивления ротора становится мягче, т.е. снижается устойчивость работы двигателя.

3 Невозможно плавно регулировать частоту вращения.

Из-за перечисленных недостатков этот способ применяют для кратковременного снижения частоты вращения.

. 37. Регулирование скорости асинхронной машины изменением числа пар полосов.

Эти двигатели (многоскоростные) имеют более сложную обмотку статора, позволяющую изменять ее число пар полюсов, и короткозамкнутый ротор. При работе асинхронного двигателя необходимо, чтобы обмотки ротора и статора имели одинаковое число пар полюсов. Только короткозамкнутый ротор способен автоматически приобретать то же число пар полюсов, что и поле статора. Многоскоростные двигатели нашли широкое применение в приводе металлорежущих станков. Нашли применение двух, трех и четырех скоростные двигатели.

На рис. 2.22 показана схема соединения и магнитное поле статора двигателя при последовательном (б) и параллельном (а) соединении полуобмоток.

У двухскоростного двигателя обмотка каждой фазы состоит из двух полуобмоток. Включая их последовательно или параллельно можно в 2 раза изменять число пар полюсов.

У четырехскоростного двигателя на статоре должно размещаться две независимые обмотки с разным числом пар полюсов. Каждая из обмоток позволяет в два раза изменять число пар полюсов. Например, у двигателя, работающего от сети c частотой f=50 Гц, со следующими частотами вращения 3000/1500/1000/500 [об/мин] с помощью одной из обмоток статора можно получить частоту вращения 3000 об/мин и 1500 об/мин (при этом р=1 и р=2). С помощью другой из обмоток можно получить частоту вращения 1000 об/мин и 500 об/мин (при этом р=3 и р=6)..

При переключении числа пар полюсов изменяется и магнитный поток в зазоре, что приводит к изменению критического момента Мкр (рис. 2.23 б). Если при изменении числа пар полюсов одновременно изменять и подведенное напряжение, то критический момент может остаться неизменным (рис. 2.23 а). Поэтому при этом способе регулирования могут быть получены два вида семейства механических характеристик (рис. 2.23).

Достоинства этого способа регулирования : сохранение жесткости механических характеристик, высокий К.П.Д. Недостатки: ступенчатое регулирование , большие габариты и большая стоимость двигателя.

36. Регулирование скорости асинхронной машины изменением частоты источника питания.

В качестве таких источников питания в настоящее время начали находить применение преобразователи частоты (ПЧ), выполняемые на мощных полупроводниковых приборах – тиристорах. Из уравнения трансформаторной ЭДС U1 = 4,44 w1 k1 f Ф следует, что для сохранения неизменным магнитного потока, т.е. для сохранения перегрузочной способности двигателя, необходимо вместе с частотой изменять и действующее значение подведенного напряжения. При выполнении соотношения , критический момент не изменяется и получается семейство механически характеристик, представленное на рис. 2.24.

На рис. 2.24 приведены механические характеристики при частотном регулировании .

Достоинства этого способа: плавное регулирование , возможность повышать и понижать частоту вращения, сохранение жесткости механических характеристик, экономичность. Основной недостаток – требуется преобразователь частоты , т.е. дополнительные капитальные вложения.

39. Регулирование скорости асинхронной машины изменением сопротивления в цепи статора.

Изменение напряжения, подводимого к обмотке статора асинхронного двигателя, позволяет регулировать скорость с помощью относительно простых технических средств и схем управления. Для этого между сетью переменного тока со стандартным напряжением U1ном и статором электродвигателя включается регулятор напряжения.При регулировании частоты вращения асинхронного двигателя изменением напряжения, подводимого к обмотке статора , критический момент Мкр асинхронного двигателя изменяется пропорционально квадрату подводимого к двигателю напряжения Uрет (рис. 3), а скольжение от Uрег не зависит.

Если момент сопротивления рабочей машины больше пускового момента электродвигателя (Мс > Мпуск), то двигатель не будет вращаться, поэтому необходимо запустить его при номинальном напряжении 17ном или на холостом ходу.

Регулировать частоту вращения короткозамкнутых асинхронных двигателей таким способом можно только при вентиляторном характере нагрузки. Кроме того, должны использоваться специальные электродвигатели с повышенным скольжением. Диапазон регулирования небольшой, до nкр.

40. Регулирование скорости асинхронной машины изменением сопротивления в цепи ротора.

Введение резисторов в цепь ротора приводит к увеличению потерь мощности и снижению частоты вращения ротора двигателя за счет увеличения скольжения, поскольку n = nо (1 - s).

Из рис. 1 следует, что при увеличении сопротивления в цепи ротора при том же моменте частота вращения вала двигателя уменьшается.

Жесткость механических характеристик значительно снижается с уменьшением частоты вращения, что ограничивает диапазон регулирования до (2 - 3) : 1. Недостатком этого способа являются значительные потери энергии, которые пропорциональны скольжению. Такое регулирование возможно только для двигателя с фазным ротором.

Рис. 1. Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором при различных сопротивлениях резисторов, включенных в цепь ротора

41. Регулирование скорости асинхронной машины изменением напряжения источника питания.

Так как частота вращения магнитного поля статора nо = 60f/р, то регулирование частоты вращения асинхронного двигателя можно производить изменением частоты питающего напряжения.

Принцип частотного метода регулирования скорости асинхронного двигателя заключается в том, что, изменяя частоту питающего напряжения, можно в соответствии с выражением при неизменном числе пар полюсов р изменять угловую скорость nо магнитного поля статора. Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а механические характеристики обладают высокой жесткостью.

Для получения высоких энергетических показателей асинхронных двигателей (коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности) необходимо одновременно с частотой изменять и подводимое напряжение. Закон изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки Мс. При постоянном моменте нагрузки напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте.

Схема частотного электропривода приведена на рис. 5, а механические характеристики АД при частотном регулировании — на рис. 6.

42. Однофазные асинхронные двигатели. Однофазные асинхронные двигатели - машины небольшой мощности, которые по конструктивному исполнению напоминают аналогичные трехфазные электродвигатели с короткозамкнутым ротором.

Однофазные асинхронные двигатели отличаются от трехфазных двигателей устройством статора, где в пазах магнитопровода находится двухфазная обмотка, состоящая из основной, или рабочей, фазы с фазной зоной 120 эл. град и выводами к зажимам с обозначениями С1 и С2, и вспомогательной, или пусковой, фазы с фазной зоной 60 эл. град и выводами к зажимам с обозначениями В1 и В2

Магнитные оси этих фаз обмотки смещены относительно друг друга па угол 0 = 90 эл. град. Одна рабочая фаза, присоединенная к питающей сети переменного напряжения, не может вызвать вращения ротора, так как ток ее возбуждает переменное магнитное поле с неподвижной осью симметрии, характеризуемое гармонически изменяющейся во времени магнитной индукцией.

Это поле можно представить двумя составляющими - одинаковыми круговыми магнитными полями прямой и обратной последовательностей, вращающимися с магнитными индукциями, вращающимися в противоположные стороны с одной и той же скоростью. Однако при предварительном разгоне ротора в необходимом направлении он при включенной рабочей фазе продолжает вращаться в том же направлении.

По этой причине пуск однофазного двигателя начинают с разгона ротора путем нажатия пусковой кнопки, вызывающего возбуждение токов в обеих фазах обмотки статора, которые сдвинуты по фазе на величину, зависящую от параметров фазосдвигающего устройства Z, Повышение надежности эксплуатации однофазных асинхронных двигателей обеспечивают встраиванием в корпус машин центробежного выключателя с размыкающими контактами, присоединенными к зажимам с обозначениями ВЦ и В2, и теплового реле с аналогичными контактами, имеющими выводы с обозначениями РТ и С1

Перемена направления вращения ротора достигается изменением направления тока в одной из фаз обмотки статора при пуске путем переключения пусковой кнопки и перестановки металлической пластины на зажимах электродвигателя или только перестановкой двух аналогичных пластин

43. Асинхронные машины специального исполнения. Для перевода AM в генераторный режим необходим источник реактивной мощности для возбуждения. Если генератор работает параллельно сети, то реактивную мощность он будет потреблять из сети. Если генератор работает на автономную нагрузку то для получения реактивной мощности используется батарея конденсаторов подключаемая параллельно обмотки статора

Асинхронный преобразователь частоты

Выполняется на базе AM с фазным ротором Используется для получения переменного тока 100 - 200 Гц (Б)

Использование AM режиме трансформатора.

Фазорегулятор В основе АД с фазным ротором, ротор заторможен. Поворот обеспечивается червячной парой

Трехфазный индукционный регулятор (б) (потенциалорегулятор)

В основе AM с фазным ротором.

Трансформатор с вращающимся полем для преобразования числа фаз или частоты

Их базой является AM с фазным ротором т. к. нет необходимости вращать ротор то воздушный зазор выполняется нулевым.

Для того чтобы получить требуемую частоту это достигается не синусоидальным магнитным потоком. Рабочий режим выбирается с насыщением стали В > 2 Тл.

Для получения нужной частоты выполняются специальные схемы с выделением требуемой частоты (такие преобразователи используются для получения утроенной частоты)

44. Конструкция синхронных машин.

Синхронная машина — это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой равна частоте вращения магнитного поля в воздушном зазоре.

Синхронная машина состоит из двух основных частей: неподвижной - статора и вращающейся - ротора, и имеет две основные обмотки. Одна обмотка подключается к источнику постоянного тока. Протекающий по этой обмотке ток создает основное магнитное поле машины. Эта обмотка располагается на полюсах и называется обмоткой возбуждения. Иногда у машин небольшой мощ­ности обмотка возбуждения отсутствует, а магнитное поле создается постоянными магнитами. Другая обмотка является обмоткой якоря. В ней индуктируется основная ЭДС машины. Она укладывается в пазы якоря и состоит из одной, двух или трех обмоток фаз. Наибольшее распространение в синхронных машинах нашли трехфазные обмотки якоря.

В синхронных машинах чаще всего находит применение конструкция, при которой, обмотка якоря располагается на статоре, а обмотка возбуждения - на роторе (рис. 1). Синхронные машины небольшой мощности иногда имеют обращенное исполнение, когда обмотка якоря располагается на роторе, а обмотка возбуждения - на полюсах статора (рис. 2). В электромагнитном отношении обе конструкции равноценны.

принцип действия синхронного генератора. Если через обмотку возбуждения протекает постоянный ток, то он создает постоянное во времени магнитное поле с чередующейся полярностью. При вращении полюсов и, следовательно, магнитного поля относительно проводников обмотки якоря в них индуктируются переменные ЭДС, которые, суммируясь, определяют результирующие ЭДС фаз.

45. Режимы работы синхронных машин

Синхронная машина может работать автономно в качестве генератора, питающего подключенную к ней нагрузку, или параллельно с сетью, к которой присоединены другие генераторы. При работе параллельно с сетью она может отдавать или потреблять электрическую энергию, т. е. работать генератором или двигателем. При подключении обмотки статора к сети, ток статора создает вращающееся магнитное поле. В результате взаимодействия этого поля с током обмотки возбуждения создается электромагнитный момент. При работе машины в двигательном режиме этот момент является вращающим, а при работе в генераторном режиме - тормозным. В установившемся режиме ротор неподвижен относительно магнитного поля и вращается с частотой n = n1 независимо от механической нагрузки на валу ротора или электрической нагрузки.

Двигательный режим Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля якоря и магнитного поля полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор — на роторе. В мощных двигателях в качестве полюсов используются электромагниты (ток на ротор подаётся через скользящий контакт щетка - кольцо), в маломощных — постоянные магниты. Существует обращённая конструкция двигателей, в которой якорь расположен на роторе, а индуктор — на статоре (в устаревших двигателях, а также в современных криогенных синхронных машинах, в которых в обмотках возбуждения используются сверхпроводники.)

Генераторный режим Обычно синхронные генераторы выполняют с якорем, расположенным на статоре, для удобства отвода электрической энергии. Поскольку мощность возбуждения невелика по сравнению с мощностью, снимаемой с якоря (0,3...2%), подвод постоянного тока к обмотке возбуждения с помощью двух контактных колец не вызывает особых затруднений. Принцип действия синхронного генератора основан на явлении электромагнитной индукции; при вращении ротора магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, сцепляется поочередно с каждой из фаз обмотки статора, индуцируя в них ЭДС. В наиболее распространенном случае применения трехфазной распределенной обмотки якоря в каждой из фаз, смещенных друг относительно друга на 120 электрических градусов, индуцируется синусоидальная ЭДС. Соединяя фазы по стандартным схемам «треугольник» или «звезда», на выходе генератора получают трехфазное напряжение, являющееся общепринятым стандартом для магистральных электросетей.

49. Характеристика холостого хода синхронного генератора.

Рассмотрим характеристику холостого хода синхронного генератора . Она представляет зависимость индуктированной в статоре э. д. с. Е0 от тока возбуждения Iв при разомкнутой внешней цепи машины. Генератор приводится во вращение с синхронной скоростью, соответствующей номинальной частоте генератора . Увеличивают при помощи реостата ток возбуждения, отмечая показания амперметра в цепи возбуждения По показаниям вольтметра, включенного на зажимы обмотки статора, определяют величину индуктированной э. д. с. Е0. Характеристика холостого хода синхронного генератора показана на рис. 279. Прямолинейная часть характеристики указывает на пропорциональность между индуктированной э. д. с. и током возбуждения. В дальнейшем магнитная система генератора насыщается, кривая изгибается, т. е. при значительном увеличении тока возбуждения индуктированная э. д. с. растет очень медленно. Обычно нормальная работа машины имеет место за изгибом характеристики холостого хода .

Зависимость напряжения на зажимах генератора U от тока нагрузки I при постоянных (пост) значениях тока возбуждения Iв, коэффициента мощности cos φ и скорости вращения n дается внешней характеристикой :

при Iв = пост, cos φ = пост, n = nн = пост.

По показаниям амперметра и вольтметра, включенных в цепь обмотки статора, строят характеристику.

50. Регулировочная характеристика синхронного генератора.

Представляет собой зависимость тока возбуждения генератора Iв от тока нагрузки I при U= Uн=const, n=nн=const, cosφ = const.

Эта характеристика показывает, как выбирать ток возбуждения, при котором напряжение на зажимах генератора оставалось бы постоянным при изменении нагрузки.

Для получения регулировочной характеристики нужно сначала включить генератор и сообщить его ротору номинальную скорость вращения при холостом ходе, а потом путём изменения тока возбуждения добиться получения номинального напряжения Uн. Далее постепенно увеличивают ток нагрузки и снимают характеристику, добиваясь в каждой точке напряжения на зажимах U = Uн = const, регулируя ток возбуждения. Мы видим регулировочные характеристики при различных cosφ.

Кривая 2 – активно-индуктивная нагрузка (ток Iв нужно уменьшить).

Кривая 3 – активно-ёмкостная нагрузка (ток Iв нужно увеличить).

Кривая 1 – оптимальный режим.

Регулировочные характеристики имеют важное значение, т.к. они определяют пределы изменения тока возбуждения для поддержания номинального напряжения при изменении нагрузки.

51. Внешняя характеристика синхронного генератора.

Внешняя характеристика синхронного генератора характеризует его электрические свойства и представляет собой зависимость напряжения на зажимах генератора U от его тока нагрузки I при постоянных значениях коэффициента мощности cosφ, скорости вращения ротора n и тока возбуждения Iв.

Чтобы экспериментально получить внешнюю характеристику, нужно сначала нагрузить генератор до номинального тока Iн при номинальном напряжении Uн на зажимах генератора, которое устанавливается путём регулировки тока возбуждения. Затем, поддерживая ток возбуждения и частоту вращения постоянными, постепенно уменьшают ток нагрузки до нуля. Внешние характеристики могут иметь спад (кривая 2) или подъём (кривая 3) в зависимости от характеристики нагрузки и действия реакции якоря.

Номинальный режим нагрузки выбирают так, чтобы при cosφ = 0,8 изменение напряжения ΔU не превышало 35 – 45% от номинального (кривая 1).

55. Синхронизирующая мощность.

Величину Рс будем называть удельной синхронизирующей мощностью . Называют ее также коэффициентом синхронизирующей мощности Можно допустить, что величина Pс = остается постоянной в пределах небольших изменений угла θ (на Δθ и ), с которыми обычно приходится иметь дело. Тогда получим:

Вхождение машины в синхронизм зависит от мощности ΔPэм, замедляющей вращение ротора при θ + Δθ, или мощности Рэм , ускоряющей его вращение при θ - Δθ. Она, очевидно, равна, если пренебречь потерями, разности мощностей, отдаваемой в сеть и на валу машины.

Величину ΔРэм (или ) будем называть синхронизирующей мощностью . Возникновение синхронизирующей мощности при отклонении ротора от синхронного хода обусловливает как бы упругую, эластичную связь машины с сетью.

Зависимость Рс от угла θ представлена пунктирной кривой на рис. 4-64. Она показывает, что при θ > 90° машина не может держаться в синхронизме. Обычно машина работает далеко от предела устойчивости. Угол θн при номинальной мощности редко превышает 20 30°.

Согласно (4-71) Рэм.м зависит от U и Е0. Следовательно, при уменьшении напряжения или возбуждения максимальная, мощность также уменьшается и машина будет работать ближе к пределу статической устойчивости.

57. Методы пуска синхронных двигателей.

Асинхронный пуск синхронного электродвигателя Асинхронный пуск синхронного двигателя производится присоединением статора к сети. Двигатель разгоняется как асинхронный до скорости вращения, близкой к синхронной.

В процессе асинхронного пуска обмотка возбуждения замыкается на разрядное сопротивление, чтобы избежать пробоя обмотки возбуждения при пуске, так как при малой скорости ротора в ней могут возникнуть значительные перенапряжения. При скорости вращения, близкой к синхронной, срабатывает контактор КМ (цепь питания контактора на схеме не показана), обмотка возбуждения отключается от разрядного сопротивления и подключается к якорю возбудителя. Пуск заканчивается.

Использование тиристорных возбудителей для пуска синхронных электродвигателей

Слабым местом большинства электроприводов с синхронными двигателям, значительно усложняющим эксплуатацию и повышающим затраты, многие годы являлся электромашинный возбудитель. В настоящее время широкое распространение для возбуждения синхронных двигателей находят тиристорные возбудители. Они поставляются в комплектном виде.

Тиристорные возбудители синхронных электродвигателей более надежны и имеют более высокий к.п.д. по сравнению с электромашинными возбудителями. С их помощью легко решаются вопросы оптимального регулирования тока возбуждения для поддержания постоянства cos фи, напряжения на шинах, от которых питается синхронный двигатель, а также ограничение токов ротора и статора синхронного двигателя в аварийных режимах.

Тиристорными возбудителями комплектуется большинство выпускаемых крупных синхронных электродвигателей. Они выполняют обычно следующие функции: пуск синхронного двигателя с включенным в цепь обмотки возбуждения пусковым резистором, бесконтакное отключение пускового резистора после окончания пуска синхронного двигателя и защиту его от перегрева, автоматическую подачу возбуждения в нужный момент пуска синхронного электродвигателя, защиту ротора синхронного двигателя от длительной перегрузки по току и коротких замыканий.

58. Особенности асинхронного пуска синхронного двигателя.

Одним из главных недостатков синхронных двигателей является сложность их пуска в ход. Пуск синхронных двигателей может быть осуществлен при помощи вспомогательного пускового двигателя или путем асинхронного пуска. Пуск синхронного двигателя при помощи вспомогательного двигателя. Если ротор синхронного двигателя с возбужденными полюсами развернуть другим, вспомогательным двигателем до скорости вращения поля статора, то магнитные полюсы статора, взаимодействуя с полюсами ротора, заставят ротор вращаться далее самостоятельно без посторонней помощи, в такт с полем статора, т. е. синхронно (откуда эти двигатели и получили свое название).

Для осуществления пуска необходимо, чтобы число пар полюсов асинхронного двигателя было меньше числа пар полюсов синхронного двигателя, ибо при этих условиях вспомогательный асинхронный двигатель может развернуть ротор синхронного двигателя до синхронной скорости.

Порядок пуска синхронного двигателя следующий. Включая рубильник, пускают вспомогательный асинхронный двигатель, который разворачивает ротор синхронного двигателя до скорости, соответствующей скорости поля статора. Скорость вращения вспомогательного двигателя определяется по тахометру. Затем, включая рубильник постоянного тока, возбуждают полюсы ротора. Чтобы включить синхронный двигатель в сеть трехфазного тока, его нужно синхронизировать так же, как и при включении синхронного генератора на параллельную работу. Для этого реостатом устанавливают такое возбуждение, чтобы напряжение обмотки статора по вольтметру V было равно напряжению сети, указываемому вольтметром V1.

Сложность пуска и необходимость вспомогательного двигателя являются существенными недостатками этого способа пуска синхронных двигателей . Поэтому в настоящее время он применяется редко.

Асинхронный пуск синхронного двигателя . Для осуществления этого способа пуска в полюсных наконечниках полюсов ротора укладывается дополнительная короткозамкнутая обмотка.

Недостатком асинхронного пуска является большой пусковой ток (в 5—7 раз больший рабочего тока). Пусковой ток вызывает падение напряжения в сети, а это отражается на работе других потребителей. Для уменьшения пускового тока применяют пуск при пониженном напряжении с помощью реактора или автотрансформатора.

60. Пуск синхронного двигателя с помощью разгонного двигателя.

Пуск синхронного двигателя при помощи постороннего двигателя , называемого разгонным или пусковым, обладает рядом крупных недостатков, которые и препятствовали широкому распространению синхронных двигателей .

При помощи разгонного двигателя , мощность которого обычно составляла 5—15% от номинальной мощности синхронного двигателя , последний можно было пускать только при малой нагрузке на валу. Установка к тому же получалась громоздкой и неэкономичней.

В качестве разгонного двигателя обычно использовался асинхронный двигатель с числом полюсов на два меньшим, чем число полюсов синхронного двигателя .

В настоящее время пуск в ход при помощи разгонного двигателя на практике почти не применяется; он иногда находит себе применение главным образом для мощных синхронных компенсаторов.

a) Прямой пуск СД. На обмотку статора СД подается полное напряжение сети , а цепь обмотки ротора подключается наглухо к якорю электромашинного возбудителя G (см. рис. 5.7, а) либо через разрядное сопротивление R1 (рис. 5.7, б). Реализация наиболее простого и дешевого прямого пуска с наглухо подключенным возбудителем возможна при соблюдении 3-х условий: - если сеть, питающая статор, имеет достаточно большую мощность и нет необходимости снижения напряжения для уменьшения пускового тока СД;

- если время разгона СД до подсинхронной скорости ωПС меньше времени самовозбуждения возбудителя (в этом случае подача тока возбуждения в ротор СД происходит после достижения скорости);

б) Легкий пуск СД. На обмотку статора подается пониженное напряжение для ограничения пускового тока. Возбуждение в ротор СД подается еще при пониженном напряжении на статоре.

Легкий пуск применяют при малых статических нагрузках и малых моментах инерции электропривода. При легком пуске обеспечиваются малые броски тока и момента при синхронизации (вхождении в синхронизм) СД.

в) Тяжелый пуск СД. На обмотку статора вначале подается пониженное напряжение (для ограничения пусковых токов), а затем полное напряжение сети. Напряжение возбуждения в ротор СД подается при полном напряжении на обмотке статора. Тяжелый пуск используется при больших моментах статического сопротивления и значительных моментах инерции на валу электропривода, когда для вхождения в синхронизм требуются большие входные моменты (для мощных компенсаторов, установках с маховиками и т.п.).

64. Синхронная машина с клювообразным ротором.Ротор состоит из вала , на рифленую поверхность которого напрессована стальная втулка и стальные клювообразные полюсы , образующие вместе с валом и втулкой сердечник электромагнита. На втулке между клювообразными полюсами в пластмассовом каркасе помещена обмотка ротора , называемая обмоткой возбуждения. Концы обмотки выведены через отверстия а в клювообразном полюсе и припаяны к контактным кольцам, установленным на пластмассовой втулке.

Ротор вращается в двух шарикоподшипниках закрытого типа. Смазка закладывается в подшипники при их изготовлении и пополнения при эксплуатации не требует. Внутренняя обойма переднего подшипника свободно посажена на вал ротора и вместе с дистанционным кольцом зажата гайкой крепления шкива между ступицей шкива и буртиком вала. Наружная обойма этого подшипника запрессована в крышку и закреплена между двумя шайбами, стянутыми четырьмя винтами. После затяжки гаек концы винтов раскернивают, чтобы исключить самоотвинчивание гаек. Внутренняя обойма заднего подшипника напрессована на вал ротора, наружная обойма поджата резиновым кольцом.

На валу ротора с помощью сегментной шпонки и гайки закреплен шкив с вентилятором, служащим для охлаждения выпрямителя и внутренних частей генератора. Воздух входит в окна крышки, проходит между статором и ротором и через окна крышки крыльчаткой вентилятора выбрасывается наружу. Между ступицей шкива и гайкой установлена пружинная коническая шайба, обращенная выпуклой стороной к гайке. Шкив и вентилятор изготовлены из листовой стали и соединены электросваркой.

Работает генератор следующим образом. Когда ключ выключателя зажигания находится в положении ЗАЖИГАНИЕ, то через обмотку возбуждения генератора проходит электрический ток, создающий вокруг полюсов ротора магнитный поток. При вращении ротора под каждым зубцом статора проходит то южный, то северный клювообразный полюс ротора и магнитный поток, проходящий через обмотку статора, меняется по величине и направлению. Этот переменный магнитный поток создает в обмотке статора электродвижущую силу. Клювообразная форма полюсов ротора подобрана таким образом, чтобы получить форму кривой электродвижущей силы, близкую к синусоидальной.

65. Индукторная синхронная машина.

Индукторные машины – такие машины в которых и обмотка якоря и обмотка возбуждения неподвижны, а ротор представляет собой цилиндр с равномерно распределенными по его поверхности выступами – зубцами.

Принцип действия основан на изменении индуктивности и взаимной индуктивности обмоток якоря и возбуждения при перемещении зубцов ротора относительно зубцов статора. Такая машина при работе в двигательном режиме называется редукторным двигателем. По характеристикам такой двигатель не отличается от обычных синхронных машин уступая им по масса – габаритным показателям и используется в тех случаях, когда нельзя получить требуемую частоту вращения обычным способом.

Выполняются серийно преобразователи частоты серии ВПЧ мощностью от 12 до 100 кВт с выходной частотой 2400 и 10000 Гц. Серии ВГО на мощность 500 кВт с частотой 1000, 2500, 8000 Гц, мощностью 1500 кВт с частотами 500, 1000, 2500 Гц.

Применяются: сварка, электроплавка.

В индукторных синхронных двигателях частота вращения зависит от числа зубцов ротора и определяется:

Индукторные двигатели выполняются как трехфазными, так и однофазными. У них выполняют пусковую обмотку. Но при этом должно выполняться условие:

Синхронные индукторные двигатели небольшой мощности выпускают серийно. Серии ДСР и ОРД выполняют на частоты 1, 2 и 60 об/мин.

53. Условия точной синхронизации синхронного генератора для работы параллельно с сетью.

Для того чтобы параллельно работающие синхронные генераторы отдавали в сеть токи одинаковой частоты, они должны вращаться синхронно . При этом их частоты вращения должны быть обратно пропорциональны числам пар полюсов.

Идеальные условия для включения генераторов на параллельную работу , позволяющие избежать аварийных толчков тока и моментов ( точная синхронизация ), достигается при соблюдении следующих требований:

1 напряжение включаемого генератора UГ должно быть равно напряжению сети Uс или же работающего генератора;

2 частота тока генератора fГ должна равняться частоте тока сети fс;

3 чередование фаз генератора и сети должно быть одинковым;

4 напряжения UГ и Uс должны быть в фазе.

Включение на параллельную работу без точного соблюдения перечисленных условий (грубая синхронзация) сопровождается сильными толчками момента и бросками тока. Они могут быть уменьшены, например, включением реакторов.

В ряде случаев применяется способ самосинхронизации, который ускоряет процесс включения, но сопровождается появлением переходных токов, в несколько раз превышающих номинальный ток генератора .

Статическая динамическая устойчивость параллельной работы , а также перегрузочная способность синхронных генераторов обычно оценивается по значениям их электромагнитных мощностей и синхронизирующих моментов.

59. Механическая характеристика синхронного двигателя.

Механическая и угловая характеристики синхронных электродвигателей. Синхронные двигатели начинают широко внедрять в строительное производство, применяя их для привода машин средней и большой мощности, не требующих регулирования частоты вращения компрессоров, насосов, камнедробилок, экскаваторов.

Синхронный двигатель имеет неизменную частоту вращения, поэтому его механическая характеристика представляет прямую линию, параллельную оси абсцисс. В квадранте I координатной системы она характеризует двигательный, а в квадранте II—генераторный режим (рис. 17, а).

Синхронный двигатель обладает абсолютно жесткой механической характеристикой . Однако его момент не может иметь беспредельно большого значения. При некотором предельном или максимальном значении нагрузочного момента синхронный двигатель выходит из устойчивой синхронной работы и останавливается.

Для определения предельного значения момента нагрузки, при которой еще возможна устойчивая работа синхронного двигателя , пользуются не механической характеристикой n—f(M), а так называемой угловой характеристикой , представляющей собой зависимость вращающего момента Мдв от угла сдвига фаз между напряжением питающей сети и э. д. с. двигателя 9 (рис. 17,6),

--Лмакс

Рис. 17. Механическая и угловая характеристика синхронного двигателя а—механическая характеристика ; б —угловая характеристика ; /, ///— даи-гатедьный режим; //, IV — генераторный режим