4 Класифікація і характеристика основного електричного приводу і систем програмного керування, установлених на об’єкті

Вивчення електричних машин, які знаходяться на місці проходження практики

Пристрій синхронної машини

Конструктивна схема машини. Залежно від розташування якоря синхронні машини виконують з нерухомим або обертовим якорем. Машини великої та середньої потужності (рис. 1) виконують з нерухомим якорем для зручності відведення електричної енергії від обмотки якоря або її підведення до неї. Оскільки потужність порушення невелика, підведення постійного струму до розташованої на роторі обмотці порушення з допомогою двох кілець не викликає особливих труднощів. У синхронних машинах з нерухомим якорем якір 3 виконаний так же, як і статор асинхронної машини. На ньому є пази, у яких покладена трифазна обмотка. Сердечник якоря запресований в остов 2, машини для кріплення на остові є лапи 6. Можливо також кріплення за допомогою фланця або іншими способами. На валу ротора 4 встановлений вентилятор 5, що забезпечує охолодження машини. Збудження синхронної машини здійснюється в даному випадку від збудника 1.

Конструкція ротора. У машинах з нерухомим якорем застосовують дві різні конструкції ротора: явнополюсную (мал. 2, а) і неявнополюсную (мал. 2,б). Явнополюсный (з явновыраженными полюсами) ротор зазвичай використовують в машинах з чотирма і великим числом полюсів. Обмотку порушення виконують у цьому випадку у вигляді циліндричних котушок 2 прямокутного перетину, які розміщують на сердечниках 3 полюсів і зміцнюють полюсними наконечниками 1. Ротор, сердечники полюсів і полюсні наконечники виготовляють з листової сталі.

Рисунок 1–Загальний вид синхронної машини з збудником

Рисунок 2 - Розташування обмотки збудження на роторі синхронної явнополюсної(а) і неявнополюсної(б) машини

Двополюсні і чотириполюсні машини великої потужності, що працюють при частоті обертання ротора 1500 і 3000 об/хв, виконують, як правило, з неявнополюсным ротором. Застосування в них явнополюсного ротора неможливо, так як не забезпечується необхідна механічна міцність кріплення полюсів і обмотки збудження. Обмотка збудження 2 у такої машини розміщується в пазах сердечника 5 ротора. Лобові частки обмотки, на які впливають значні відцентрові сили, кріплять сталевими масивними бандажами. Приблизно 1/3 кожного полюсного поділу ротора не має пазів; ці частини утворюють так звані "великі зубці" 4, через які входить і виходить потік збудження.

За своїм призначенням синхронні машини підрозділяють на турбогенератори, гідрогенератори, дизель-і синхронні генератори бензинові. Призначення машини в значній мірі визначає і її конструкцію. Турбогенератори, що приводяться в рух швидкохідними паровими або газовими турбінами, виконують неявнополюсными. Для отримання стандартної частоти 50 Гц вони повинні мати при двох полюсах частоту обертання 3000 об/хв, а при чотирьох полюсах-1500 об/хв. Гідрогенератори наводяться в обертання тихохідними турбінами, частота обертання яких становить кілька десятків або сотень оборотів в хвилину, тому вони виконуються з великим числом полюсів (16-96) і мають явнополюсные ротори. Дизель-генератори, що працюють від двигунів внутрішнього згоряння, двигуни синхронні невеликої і середньої потужності виконують звичайно явнополюсными, потужні ж двигуни - неявнополюсными. Дизель-генератори та двигуни синхронні виконують, як правило, з горизонтальним розташуванням валу (рис. 3, а). У дизель-генераторі зазвичай є один підшипник; в якості другої опори ротора використовується підшипник самого дизеля, вал якого жорстко з'єднується з валом ротора генератора. У синхронних машинах з явнополюсным ротором полюсних наконечниках (рис. 3, 6) розміщуються стрижні білячій клітини, виконаної з міді або латуні. З торцевих сторін ротора стрижні з'єднуються з короткозамикаючими кільцями. У генераторах цю клітину називають демпферної обмоткою; вона забезпечує швидке загасання коливань ротора, що виникають при різких змінах режиму роботи машини. У синхронних двигунах біляча клітина служить як пусковий обмотки.

Рисунок 3 - Ротори дизель-генератора: 1 - вал; 2 - обмотка збудження; 3 - полюс ротора; 4 - стержні білячій клітини; 5 - короткозамикаючі кільця.

Принцип дії синхронного двигуна

Синхронний двигун може працювати у якості генератора або двигуна. Синхронний двигун виконаний так само, як і синхронний генератор. Його обмотки якоря I (рис. 4) підключена до джерела трифазного змінного струму; в обмотку збудження 2 подається від стороннього джерела постійний струм. Завдяки взаємодії обертового магнітного поля 4, створеного трифазною обмоткою якоря, і поля, створеного обмоткою збудження, виникає електромагнітний момент М (рис. 4,б), що призводить ротор 3 в обертання. Проте в синхронному двигуні на відміну від асинхронного ротор буде розганятися до частоти обертання n = n1, з якої обертається магнітне поле (до синхронної частоти обертання).

Рисунок 4 - Електрична (а) і електромагнітна (б) схеми синхронного двигуна

Пояснюється це тим, що струм в обмотку ротора подається від стороннього джерела, а не індукується в ньому магнітним полем статора і, отже, не залежить від частоти обертання валу двигуна. Характерною особливістю синхронного двигуна є постійна частота обертання його ротора незалежно від навантаження.

Електромагнітний момент

Електромагнітний момент у синхронному двигуні виникає в результаті взаємодії магнітного потоку ротора з обертовим магнітним полем, створюваним трифазним струмом, що протікає по обмотці якоря (потоком якоря Фв). При холостому ході машини осі магнітних полів статора та ротора збігаються (рис. 5,а). Тому електромагнітні сили I, які виникають між "полюсами" статора та полюсами ротора, спрямовані радіально (рис. 5, б) і електромагнітний момент машини дорівнює нулю. При роботі машини в руховому режимі (рис. 5, в і г) її ротор під дією прикладеного до валу зовнішнього навантаження моменту Мвн зміщується на деякий кут 0 проти напрямку обертання. У цьому випадку в результаті електромагнітного взаємодії між ротором і статором створюються електромагнітні сили I, спрямовані по напрямку обертання, тобто утворюється обертаючий електромагнітний момент М, який прагне подолати дію зовнішнього моменту Мвн. Максимум моменту Ммах відповідає куту = 90°, коли осі полюсів ротора розташовані між осями "полюсів" статора. Якщо навантажувальний момент Мвн, прикладений до валу електродвигуна, стане більше Ммах, то двигун під дією зовнішнього моменту Мвн зупиняється; при цьому по обмоткам якоря нерухомого двигуна буде текти дуже великий струм. Цей режим називається выпаданням із синхронізму, він є аварійним і не повинен допускатися. При роботі машини у генераторному режимі (рис. 5, д і е) ротор під дією прикладеного до валу зовнішнього моменту Мвн зміщується на кут по напрямку обертання. При цьому створюються електромагнітні сили, спрямовані проти обертання, тобто утворюється гальмівної електромагнітний момент М. Таким чином, при зміні значення та напрямки зовнішнього моменту на валу ротора Мвн змінюється лише кут між осями полів статора та ротора, у той час як у асинхронної машини в цьому випадку змінюється частота обертання ротора.

Рисунок 5 - Електромагнітний момент синхронної машини, що утворюється у різних режимах

Пуск в хід і регулювання частоти обертання

Синхронний двигун не має початкового пускового моменту. Якщо підключити обмотки якоря до мережі змінного струму, коли ротор нерухомий, а за обмотці збудження відбувається постійний струм, то за один період зміни струму електромагнітний момент буде двічі змінювати свій напрямок, тобто середній момент за період буде дорівнює нулю. Отже, для пуску в хід синхронного двигуна необхідно розігнати його ротор з допомогою зовнішнього моменту до частоти обертання, близького до синхронної. Для цієї мети застосовують метод асинхронного пуску. Синхронний двигун пускають у хід як асинхронний, для чого його постачають спеціальної короткозамкнутой пусковий обмоткою 3 (рис. 6). У полюсні наконечники ротора 2 синхронного двигуна закладають мідні або сталеві стрижні, замкнений у двома торцевими кільцями. Пускова обмотка виконана подібно білячій клітці асинхронної машини, але займає лише частину кола ротора. В деяких двигунах спеціальна короткозамкнена обмотка

Рисунок 6 - Схема асинхронного пуску синхронного двигуна та пускова обмотка синхронного двигуна.

1 - ротор; 2 - стержні; 3 - кільце; 4 - обмотка порушення