Arskama.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что показывает угловая характеристика синхронного двигателя

Что показывает угловая характеристика синхронного двигателя

Синхронные двигатели начинают широко внедрять в строительное производство, применяя их для привода машин средней и большой мощности, не требующих регулирования скорости: компрессоров, насосов, камнедробилок, экскаваторов.

Синхронный двигатель имеет неизменную скорость вращения, поэтому его механическая характеристика представляет прямую линию, параллельную оси абсцисс. В квадранте координатной системы она характеризует двигательный, а в квадранте — генераторный режим (рис. 35,а).

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Рис. 35. Механическая и угловая характеристики синхронного двигателя
а — механическая характеристика; б — угловая характеристика

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.

При увеличении нагрузки синхронного двигателя ротор его начинает отставать от поля статора, угол внутреннего сдвига фаз © при этом возрастает. Увеличению угла © соответствует рост момента синхронного двигателя. Однако при возрастании до значений, больших момент начинает уменьшаться и становится возможным выпадение из синхронизма и остановка двигателя.

Синхронный двигатель может работать и генератором с отдачей энергии в сеть при синхронной скорости, когда нагрузочный момент на его валу будет иметь отрицательное значение. Такой режим используется в сетевых двигателях преобразовательной группы системы Г—Д. Для целей торможения такой режим практического значения не имеет, поскольку при этом нельзя получить снижения скорости.

Торможение синхронных двигателей противовключе-нием практически не применяется из-за больших толчков тока и усложненной аппаратуры управления. Вместо этого обычно применяют динамическое торможение.

При динамическом торможении синхронного двигателя к кольцам ротора подводится постоянный ток, а обмотка статора замыкается на сопротивление. Механические характеристики синхронного двигателя в этом режиме будут подобны характеристикам асинхронного двигателя при динамическом торможении.

Современные синхронные двигатели имеют в роторе кроме нормальной рабочей обмотки, питаемой постоянным током, еще и специальную пусковую короткозам-кнутую обмотку. С помощью этой обмотки двигатель пускается в ход как асинхронный, поэтому в пусковых режимах он обладает асинхронной характеристикой.

Хотя синхронный двигатель является несколько более сложной машиной, чем асинхронный двигатель с ко-роткозамкнутым ротором (из-за наличия у первого возбудителя, колец и щеточного устройства), тем не менее он применяется очень широко, заменяя асинхронный электродвигатель. Объясняется- это главным образом тем, что синхронный двигатель может работать с опережающим cos ф, отдавая в сеть реактивную мощность, необходимую для возбуждения асинхронных машин и трансформаторов. Тем самым повышается cos ф всего предприятия в целом и уменьшается мощность компенсирующих устройств. При значительной мощности синхронных двигателей в данной электроустановке от компенсирующих устройств можно полностью отказаться. Коэффициент полезного действия синхронных двигателей и надежность их выше, чем асинхронных, вследствие увеличенного зазора между статором и ротором и меньшей чувствительности к изменениям напряжения сети. Последнее обстоятельство вызывается тем, что момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения сети, а момент синхронного — первой степени напряжения.

Для уменьшения величины пусковых токов и связанного с ними снижения напряжения, особенно в сетях небольшой мощности, пуск синхронных двигателей осуществляется обычно через реактор, а в некоторых случаях— через автотрансформатор. Ограничение пусковых токов защищает обмотки двигателей от повышенных динамических нагрузок, возникающих при прямом включении в сеть.

Электромеханические свойства синхронных двигателей

Синхронные двигатели на промышленных предприятиях используют для привода лесопильных рам, компрессорных и вентиляторных установок и др., двигатели малой мощности применяют в системах автоматики, когда требуется строго постоянная частота вращения. Механическая характеристика синхронного двигателя абсолютно жесткая.

Вращающий момент синхронного двигателя зависит от угла 0 между осями полюсов ротора и полем статора и выражается формулой

где Мм — максимальное значение момента.

Зависимость М = f ( θ) называется угловой характеристикой синхронной машины (рис. 1). Работа двигателя устойчива на начальном участке угловой характеристики, он работает обычно при θ не более 30 — 35°. При увеличении устойчивость уменьшается, в предельной точке В характеристики ( θ = 90 о ) стабильная работа становится невозможной; момент, соответствующий пределу устойчивости называют максимальным (опрокидывающим) моментом.

Рис. 1. Угловая характеристика синхронного двигателя

Если синхронный двигатель нагрузить выше Мм, то ротор двигателя выпадет из синхронизма и произойдет его останов, что является для машины аварийным режимом. Номинальный момент двигателя в 2—3 раза меньше опрокидывающего. Вращающий момент двигателя пропорционален напряжению. Синхронные двигатели более чувствительны к колебаниям напряжения, чем асинхронные.

Читать еще:  Газ 27527 что за двигатель

Пусковые свойства синхронного двигателя характеризуются не только кратностью пускового момента, но и величиной входного момента Мвх, развиваемого двигателем при скольжении 5 % от включения постоянного тока в обмотку возбуждения двигателя. Кратность пускового момента 0,8—1,25, а входной момент близок по величине к пусковому моменту синхронного двигателя.

Относительная сложность пуска синхронных двигателей и сравнительно высокая стоимость аппаратуры автоматического управления ограничивают их применение в промышленности.

Если синхронная машина работает вхолостую (угол θ = 0 ), то векторы напряжения сети U и ЭДС Е0 в обмотке якоря равны и противоположны по фазе. Увеличением тока в обмотке возбуждения полюсов можно создать перевозбуждение в машине. При этом ЭДС Е0 превышает напряжение сети U, в обмотке якоря возникает ток

где Е — результирующая ЭДС; хс — индуктивное сопротивление обмотки якоря (активным сопротивлением обмотки при качественной оценке режима работы машины обычно пренебрегают).

Ток якоря I я отстает от результирующей ЭДС Е на угол 90°, а по отношению к вектору напряжения сети он является опережающим на 90° (таким же, как при включении в сеть конденсаторов). Машину, работающую с перевозбуждением , можно использовать для компенсации реактивной мощности, такую машину называют синхронным компенсатором .

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Ранее на эту тему: Электропривод

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

U – образные и рабочие характеристики синхронного двигателя

U – образные характеристики (рис.6.5) представляют собой зависимости тока статорной обмотки I1 от тока обмотки возбуждения Iв при постоянном моменте на валу двигателя.

Эти характеристики показывают что изменение тока возбуждения не влияет на активную составляющую тока I , а влияет на реактивную составляющую тока I обмотки статора. Активную составляющую тока I зависит только от момента на валу двигателя.

То есть, синхронный двигатель является генератором реактивного тока: индуктивного по отношению к напряжению сети при недовозбуждении и емкостного при перевозбуждении. Указанная способность синхронных двигателей является их цен­ным качеством, которое используют для повышения коэффициен­та мощности электрических установок.

Рабочие характеристики. Рабочие характеристики синхрон­ного двигателя представляют собой зависимость частоты враще­ния ротора , потребляемой мощности полезного момента , коэффициента мощности и тока в обмотке статора от по­лезной мощности двигателя (рис. 6.6). Частота вращения рото­ра всегда равна синхронной частоте , поэтому гра­фик имеет вид прямой, параллельной оси абсцисс, Полезный момент на валу синхронного двигателя . Так как рабочие характеристики снимают при условии , то график имеет вид прямой, выходящей из начала координат. Мощность на входе двигателя . С ростом нагрузки на валу двигателя увеличиваются также и потери поэтому потребляемая мощность растет быстрее полезной мощ­ности и график имеет несколько криволинейный вид.

Вид графика зависит от вида настройки тока возбуждения: если в режиме х.х. ток возбуждения установлен та­ким, что , то с ростом нагрузки коэффициент мощности снижается, если же установить при номинальной на­грузке, то при недогрузке двигатель будет забирать из сети реак­тивный опережающий ток, а при перегрузке – отстающий. Обыч­но устанавливают ток возбуждения таким, чтобы при средней нагрузке. В этом случае коэффициент мощно­сти во всем диапазоне нагрузок остается достаточно высоким. Ес­ли же установить ток в обмотке возбуждения синхронного двига­теля таким, чтобы был при нагрузке несколько превышающей номинальную, то при номинальной нагрузке и двигатель будет потреблять из сети опережающий по отношению к напряжению сети ток, что приведет к повышению коэффициента мощности этой сети. В этом отношении синхрон­ные двигатели выгодно отличаются от асинхронных, работающих с отстающим по фазе током (особенно при недогрузке двигателя) и снижающих энергетические показатели питающей сети.

Рисунок — 6.5. U – образные характери­стики Рисунок 6.6 — Рабочие характеристики

синхронного двигателя синхронного двигателя

Ток в обмотке статора двигателя . Из этого выражения видно, что ток с увеличением нагрузки на валу дви­гателя растет быстрее, чем потребляемая мощность , вследствие уменьшения .

Так как ротор синхронного двигателя вращается в ту же сторону, что и поле статора, то направление вращения ротора определяется порядком следования фаз линейных проводов, подведенных к обмотке статора, и порядком расположения фаз обмотки статора. Для изменения направления вращения трехфазного синхронного двигателя необходимо переключить два линейных привода, подведенных из сети к выводам обмотки статора.

Читать еще:  Чем отчистить номера на двигателе

Необходимо отметить, что синхронные двигате­ли по сравнению с асинхронными имеют преимущество, заклю­чающееся в том, что они могут работать с , не создавая в питающей сети индуктивных токов, вызывающих дополнительные потери энергии. Более того, при работе с перевозбуждением син­хронные двигатели создают в сети емкостный ток, чем способст­вуют повышению коэффициента мощности энергосистемы в це­лом. Другое достоинство синхронных двигателей состоит в том, что основная составляющая электро­магнитного момента пропорциональна напряжению сети , а у асинхронных двигателей электромагнитный момент пропорциона­лен . По этой причине при понижении напряжения в сети синхронные двигатели сохраняют большую перегрузочную способность, чем асинхронные.

К недостаткам синхронных двигателей относятся их более сложная конструкция и повышенная стоимость по сравнению с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором. Кроме того, для работы синхронного двигателя требуется устройство для питания постоянным током обмотки возбуждения.

Опыт эксплуатации показал, что применение синхронных дви­гателей общего назначения наиболее целесообразно при мощности 200 кВт и более в установках, не требующих частых пусков и ре­гулирования частоты вращения (мощные насосы, вентиляторы, компрессоры и т. п.).

Описание установки.

Экспериментальная установка включает в себя синхронный двигатель М, нагрузочный генератор постоянного тока независимого возбуждения «G», датчик частоты вращения «В» с указателем частоты вращения «П» и указателем угла нагрузки «δ». Статорная обмотка синхронного двигателя получает питание через трехфазную трансформаторную группу «А2» и выключатель А6; Обмотка возбуждения СД получает питание от регулируемого источника питания «G3» после разгона двигателя до подсинхронной скорости для асинхронного пуска СД применяется пускорегулировочные сопротивления «блок А9» и автомат «А8». В якорной цепи нагрузочного генератора включено сопротивление нагрузки «блок А10». Для контроля параметров тока и напряжения в цепи якоря генераторе и напряжение в цепи статора применяется блок мультиметров «Р1»; для измерения мощности – блок Р2.

Данные по электроаппаратам установки сведены в таблицу 6.1

МЕХАНИЧЕСКАЯ И УГЛОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Как было показано, в синхронном Двигателе скорость вращения ротора равна синхронной скорости вращения статора и не зависит от нагрузки, т. е. механическая характеристика синхронного дви­гателя представляет прямую, параллельную оси абсцисс (абсо­лютно жесткая механическая характеристика, рис. 31, а). Однако такую характеристику двигатель имеет при нагрузке от нуля до определенного максимального значения Мтгх. При увеличении нагрузки больше Л4шах двигатель выходит из синхронизма. Для современных синхронных двигателей максимальный момент равен 250—350% от Мн. Для решения вопроса об устойчивой работе дви­гателя существенное значение имеет угловая характеристика, ко­торая устанавливает зависимость момента двигателя от угла 0 Ш = /(9)1- Аналитическое выражение угловой характеристики

легко получить на основании упрощенной векторной диаграммы синхронного двигателя (см. рис 30, в) Так как при построении упрощенной векторной диаграммы принято = 0, то активная

Это выражение является угловой характеристикой синхронного двигателя

M = MmaxSin0. (11.101)

На рис, 31, б приведена угловая характеристика для двигатель­ного и генераторного режимов.

Максимальный момент двигатель развивает при угле 0 = 90°.

Рис 31 Механическая (а) и угловая (б) характеристики синхронного дви­гателя

мощности за’бираемая от сети, будет являться и электромагнитной мощностью, передаваемой ротору (Рг = Ра)

Pl^Pa^ Зи1ф11ф COS ф 10-3 кВт.

При дальнейшем увеличении нагрузки растет угол 0, а момент двигателя снижается и двигатель выпадает из синхронизма.

Из уравнения (11.102) видно, что максимальный момент син­хронной машины пря>мо пропорционален напряжению сети £/1ф и э. д. с. Е0, т. е. току возбуждения двигателя. Увеличение тока воз-

Из векторной диаграммы (см. рис. 30, в) /1фХ5 cos (f = Eq sm 0, откуда

Электромагнитный момент синхронного двигателя

Р а _____ Зб^ф Eq

буждения повышает максимальный момент и наоборот. Этим свой­ством пользуются при работе привода на ударную нагрузку. В момент пиковой нагрузки (например, при захвате металла вал­ками) повышают ток возбуждения (увеличением напряжения воз­будителя), увеличивая тем самым Л1шах (Е0) и устойчивость двига­теля.

Учитывая, что перегрузочная способность двигателя Я = _ Mmax _ Sin 90_ должна бЫТЬ не ниже 2—З, ЛЄГКО ОПрЄДЄЛИТЬ

угол 0Н*. sin 0Н = 0,5-7-0,33, а значит, 0Н = 30-т-20°.

Синхронные двигатели в прокатных цехах получили широкое распространение для привода нерегулируемых приводов черновой группы клетей непрерывных станов и для вращения мощных гене­раторов в системах Г—Д.

Из тормозных режимов работы в приводе с синхронным двига­телем в основном применяют динамическое торможение. Для этого обмотки статора отключают от сети и замыкают на сопротивления В этом случае двигатель работает в режиме синхронного генера­тора р механические характеристики аналогичны характеристи­кам при динамическом торможении асинхронного двигателя.

Читать еще:  Что входит в тепловой двигатель

Использовать генераторный режим синхронного двигателя с отдачей энергии в сеть для торможения не представляется воз­можным, так как такой режим возможен только при синхронной скорости вращения ротора.

Основным преимуществом синхронных двигателей является высокий cos ф, который может быть равен единице, а также может быть опережающим (примерно 0,8—0,9). В последнем случае дви­гатель будет отдавать^в сеть реактивную мощность и исправлять тем самым cos ф сети потребителя.

Улучшение COS ф легко понять из рассмотрения упрощенной векторной диаграммы (рис. 30, в). Если при той же нагрузке двигателя увеличивать ток возбуждения (перевозбуждать ма — Шину), то это приведет к росту Е0, и суммарный вектор 11фХ3 = е= U 1(ь — Е0 будет менять фазу относительно питающего напряже­ния £71ф. Можно обеспечить такое возбуждение двигателя, чтобы вектор /1фХ5 был перпендикулярен вектору t/ц,, тогда вектор тока /1ф будет совпадать с вектором [/іф, т. е. ф = 0 и cos ф = 1. Дальнейшее увеличение силы тока возбуждения (Е0) приводит к тому, что угол между £/1ф и /хфХ5 становится больше 90° и, сле­довательно, вектор тока /1ф будет опережать вектор £У1ф и угол ф будет отрицательным, т. е. двигатель будет отдавать реактивную энергию в сеть.

При данной полезной мощности двигателя Рх = 3£/1ф/1ф X X cos фЮ-3 ток /1ф, определяющий количество меди в двигателе, увеличивается с уменьшением cos ф, что приводит к увеличению раз­меров двигателя и его стоимости. Одновременно растет количество меди, размеры и стоимость генераторов, трансформаторов, аппа­

ратуры и сети Поэтому электрические станции для потребителей устанавливают тариф на электроэнергию в зависимости от значе­ния cos ф. Чем выше cos ф, тем ниже стоимость электроэнергии по тарифу.

Синхронные двигатели в качестве прокатных более надежны по сравнению с асинхронными Это обусловливается значительно большим (в 3—4 раза) воздушным зазором между статором и рото­ром, а также низким напряжением в роторе двигателя Малый зазор у асинхронного двигателя необходим для уменьшения на­магничивающего тока и улучшения cos ф Кпд синхронного двигателя на 0,5—3% выше, чем у асинхронных двигателей той же мощности К достоинству синхронного двигателя следует также отнести простоту конструкции и надежность в эксплуатации

К числу недостатков электропривода с синхронным двигателем относится необходимость в постоянном токе для возбуждения дви­гателя и необходимость специальных пусковых обмоток для полу­чения приемлемых пусковых характеристик

Синхронный двигатель развивает вращающий момент лишь при условии, когда ротор вращается синхронно с вращающимся ма­гнитным полем статора. При неподвижном роторе вращающий момент отсутствует. Поэтому для разгона синхронного двигателя ротор последнего снабжается короткозамкнутой обмоткой, стержни которой закладываются в полюсные наконечники. Двигатель пу­скается в ход как асинхронный короткозамкнутый При достиже­нии 95—98% синхронной скорости в обмотку возбуждения по­дается постоянный ток и ротор в результате взаимодействия ма­гнитных потоков статора и ротора втягивается в синхронизм и про­должает работать, как синхронный. Так как при синхронной ско­рости пусковая короткозамкнутая обмотка не пересекает магнит­ных линий, то в ней не наводится э д с и по ней не протекает ток.

Пусковые механические характеристики асинхронного режима синхронного двигателя подобны х-арактеристикам короткозамкну­тых двигателей. Подбором материала пусковой обмотки и формы стержней можно получить приемлемую пусковую характеристику. При пуске синхронного двигателя обмотка возбуждения отсоеди­няется от сети постоянного тока, однако оставлять ее разомкнутой нельзя, так э. д. с., наводимая в обмотке ротора, может достигнуть большой величины и может быть нарушена изоляция машины Поэтому на время пуска обмотку возбуждения замыкают на раз­рядное сопротивление, которое в 5—10 раз больше сопротивления обмотки возбуждения. Разрядное сопротивление включается в цепь обмотки до начала пуска и отключается после подачи возбужде­ния. В последнее время на металлургических заводах для упро­щения операции пуска синхронных двигателей все шире внедряется пуск методом самосинхронизации с подключенным возбудителем (так называемый «глухой пуск») В этом случае обмотка возбужде­ния подключается наглухо к якорю возбудителя, который в про­цессе пуска сэмовозбуждается и обеспечивает втягивание двига — теля в синхронизм. Опыт показывает, что при статическом моменте сопротивления на валу двигателя Мс = (0,25-і-0,35) Мн обеспечи­вается нормальный пуск двигателя.

Процесс пуска синхронного двигателя автоматизирован и сво­дится к нажатию кнопки «Пуск» или к повороту рукоятки универ­сального переключателя.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector