- •Синхронные двигатели (сд)
- •4.1 Механические характеристики сд в двигательном режиме
- •Электрическая схема замещения сд. Уравнение электрического состояния. Угловая характеристика сд
- •Пуск сд. Механические характеристики сд при пуске
- •Торможение сд. Механические характеристики в тормозных режимах
- •Торможение противовключением
- •Рекуперативное торможение
- •Динамическое торможение
- •Форсировка сд
Синхронные двигатели (сд)
Синхронные ЭД в настоящее время получили широкое применение в приводах большой мощности (от 5000 кВт до 20 МВт). При этом особенностью таких приводов является продолжительный режим работы с незначительными и редкими изменениями нагрузки на валу.
В качестве примера использования СД в нефтяной отрасли можно привести электроприводы магистральных центробежных насосов.
Необходимо отметить следующие положительные качества СД:
Постоянство скорости вращения двигателя независимо от нагрузки на валу в пределах перегрузочной способности;
Возможность регулирования потребления реактивной мощности;
Самая высокая среди всех типов двигателей надежность, это обеспечивается большим зазором между статором и ротором.
Недостатки СД:
Сложность запуска;
Склонность СД к качаниям;
Сложность конструкции и дороговизна.
4.1 Механические характеристики сд в двигательном режиме
Механическая характеристика СД, выражающая зависимость угловой скорости ротора от среднего значения момента на валу двигателя, имеет вид (рис. 4.1).
ω, рад/с
ω0
-МК МК М, Н·м
Рисунок 4.1 – Механическая характеристика СД
В пределах изменения момента от –Мк до Мк (Мк – критический момент, определяет перегрузочную способность двигателя), угловая скорость вращения вала двигателя не меняется и равна синхронной скорости (т. е. скорости ВМП)
.
Вращающий момент СД создается за счет взаимодействия вращающего магнитного поля, создаваемой симметричной статорной обмоткой, с постоянным магнитным полем, создаваемой обмоткой возбуждения, которая находится на роторе и питается от источника постоянного напряжения.
Рисунок 4.2 – Схема СД
Следует отметить, что обмотка возбуждения имеет значительно большое число витков, чем фаза статорной обмотки и выполнена из проводника значительно меньшего сечения.
Если момент на валу двигателя превышает критический момент, то угловая скорость начинает резко уменьшаться – «двигатель выходит из синхронизма».
Как уже говорилось, отличием СМ от АМ является то, что ротор вращается синхронно с магнитным полем (с одинаковой скоростью ω0). При этом если мерой нагрузки у АД являлось скольжение
,
то у СД при увеличении нагрузки на валу двигателя, увеличивается угол смещения оси ротора по отношению к оси вращения магнитного поля. Это явление называется «растяжением упругой электромагнитной связи» и характеризуется углом рассогласования Θ. При этом в двигательном режиме ось вращающего магнитного поля опережает ось ротора («поле тянет за собой ротор»).
На векторной диаграмме СМ угол рассогласования Θ равен углу сдвига фаз между вектором напряжения U, приложенного к статору, и ЭДС от магнитного потока возбуждения ЕВ, наведенной в статоре
Поставим задачу проанализировать, как будет вести себя СД при изменении нагрузки на его валу:
Устойчиво ли он будет работать;
Как будет изменяться мгновенное значение угловой скорости, если момент будет носить пульсирующий характер;
Как будет изменяться направление момента при изменении угла рассогласования и т. д.
С этой целью необходимо построить, так называемую, угловую характеристику СД, которая представляет собой зависимость М=f(Θ). Для вывода уравнения угловой характеристики воспользуемся электрической схемой замещения СД и векторной диаграммой.