ТЭП

ЧАСТЬ 4

1. Синхронная машина.

2.Уравнение для момента синхронного электродвигателя.

3.Пусковые характеристики.

4.Тормозные режимы.

5.Механические и угловые характеристики.

6.Области применения

1. Синхронная машина.

Синхронная машина. Статор СД, схема
включения которого приведена на рис. 6.1, а,(РИС. 38) выполняется аналогично
статору АД с трех­фазной обмоткой, подключаемой к сети переменного тока. Ротор
СД имеет обмотки возбуждения и пусковую короткозамкнутую в виде беличьей
клетки. Конструктивно ротор СД может быть явно­полюсным и неявнополюсным в виде
цилиндра. В качестве источ­ника для питания ОВ чаще всего используется
генератор постоянного тока 2 небольшой мощности называемый возбудителем,
который устанавлива­ется на одном валу с дв-ем 1. Регулирование тока возбужде­ния
дв-ля Iв.д. осущ-ся изменением с помощью резисто­ра 3 тока Iв.в возбуждения
возбудителя 4. Отметим, что в со­временных схемах авт-ого регулирования
возбуждения (АРВ) СД широко применяются тиристорные управляемые выпря­мители
(тиристорные возбудители).Вращающий момент СД обусловлен взаимодействием вращаю­щегося
маг-ого поля, создаваемого обмотками статора, и маг­-ого поля, создаваемого ОВ
или постоянными магнитами на роторе. Взаимодействие этих полей может со­здать
постоянный по направлению вращающий момент СД только в том случае, когда ротор
будет вращаться со скоростью маг-о­го поля ω0=2πf /р, т. е. синхронно с вращающимся полем. Таким образом, мех-кая
хар-ка СД ω(М) (см. рис. 6.1, б) представляет
собой горизонтальную линию с ординатой ω0, которая имеет место до некоторо­го
макс-ого момента нагрузки М мах,
превышение которого приводит к
выпаданию СД из синхронизма.

2. Уравнение для момента СД

Момент СД представляет собой синусоидальную функцию угла Θ:M=3UфЕsinΘ ∕ (ω₀x₁)= Ммах sin Θ

Где Uф - фазное значение напряжения сети; Е - ЭДС в обмотке ста­тора СД; x₁- инд-ое сопр-ие фазы обмотки СД; ω₀ -скорость вращения маг ого поля.

Максимального значения момент СД достигает при Θ=π/2. Угол сдвига харак-ет собой перегрузочную способность СД: при больших значениях Θ дв-ль выпадает из синхронизма, при не­больших - его работа устойчива. Номинальные значения угла Θном составляют обычно 25...30⁰, им соответствует номинальный момент Мном, и кратность макс-ого момента в этом случае λ_м=Ммах/Мном= 2...2,5. СД может работать во всех основных энергетических режимах: двигательном и генераторном, с сетью и независимо от сети.

3. Пусковые характеристики.

При неподвижном роторе и подключении обмотки статора к сети переменного тока и ОВ к источнику постоянно­го тока из-за постоянно изменяющихся взаимных направлений маг­-ых полей статора и ротора СД будет развивать не постоянный по направлению, а знакопеременный вращающий момент, а след-но, не сможет разогнаться до синхронной скорости ω0 без при­менения специальных мер по его запуску. Один из способов пуска связан с использованием небольшого по мощности вспомогательного дв-ля, устанавливаемого на валу СД. С помощью этого дв-ля ротор ненагружен­ного СД разгоняется до синхронной ско­рости, после чего осуществляется его син­хронизация с сетью. В системах «СД ­генератор постоянного тока» в качестве вспомогательного дв-ля может ис­п-ться генератор, работающий в период пуска в дв-ном режиме. Наибольшее же распространение по­лучил другой способ пуска СД, называемый асинхронным. Для его реализации на роторе СД укладывается дополнительная пусковая обмотка, выполняемая аналогично короткозамкнутой обмотке АД типа беличьей клетки. В этом случае при подключении СД к сети пер-ого тока происходит его разбег аналогично АД. При под­синхронной скорости СД, отличающейся от синхронной на несколь­ко процентов, ток подается в обмотку возбуждения двигателя и он втягивается в синхронизм с сетью.В зависимости от своих параметров пусковая обмотка СД обес­печивает два основных вида мех-кой пусковой хар-­ки (рис. 6.3) (РИС. 39). Хар-ка 1 обеспечивает более высокий синх­ронизирующий (входной) момент М_в1 по сравнению с харак-кой 2, но меньший начальный (пусковой) моментМ_п1 < М_п2. Вы­бор вида пусковой харак-ки СД определяется конкретными условиями его работы.

4. Тормозные режимы.

Основной областью применения СД до недавнего времени были нерегулируемые по скорости ЭП большой мощности. Появление статических преобраз-лей частоты определило практические возможности создания регулируемых синхрон­ных ЭП по системе ПЧ - СД, основные принци­пы построения и свойства которой аналогичны системе ПЧ - АД. Торможение СД, как и любого другого элек­тродвигателя, осуществляется переводом его в генераторный режим. Наиболее часто при этом используется схе­ма динамического торможения, приведенная на рис. 6.6 (РИС. 40)(генераторный режим при работе СД независимо от сети переменного тока). В этой схеме обмотки статора СД 2 отключаются от сети перем-го тока и закорачиваются на дoбавочные резисторы 1 (или нaкоротко), а обмотка возбуждения остается подключенной к источнику возбуждения U_в через резистор 3. Торможение противовключением СД используется редко так как перевод СД в этот peжим сопровождается значительными бросками тока и мoмента, требует токоограничения и применения сложных схем управления.

5. Мех-ие и угловые хар-ки

Вращающий момент СД обусловлен взаимодействием вращаю­щегося маг-ого поля, создаваемого обмотками статора, и маг­-ого поля, создаваемого ОВ или постоянными магнитами на роторе. Взаимодействие этих полей может со­здать постоянный по направлению вращающий момент СД только в том случае, когда ротор будет вращаться со скоростью маг-о­го поля ω0=2πf /р, т. е. синхронно с вращающимся полем. Таким образом, мех-кая хар-ка СД ω(М) (см. рис. 6.1, б) (РИС. 38, б) представляет собой горизонтальную линию с ординатой ω0, которая имеет место до некоторо­го макс-ого момента нагрузки М мах, превышение которого приводит к выпаданию СД из синхронизма.

Для определения макс-ого момента нагрузки Ммах, до ко­торого сохраняется синхронная работа дв-ля с сетью, служит угловая харак-ка СД (рис. 6.2) (РИС. 41). Она отражает зависимость момента М от угла сдвига Θ между векторами ЭДС статора Е и фаз­ного напряжения сети Uф.Момент СД представляет собой синусоидальную функцию угла Θ: M=3UфЕsinΘ ∕ (ω₀x₁)= Ммах sin Θ

Максимум синхронного момента будет при sinΘ=1 (90°).

6.области применения.

Синхронные трехфазные двигатели (СД) широко применяются в ЭП самых разнообразных рабочих машин и механизмов, что объяс­няется их высокими технико-экономическими показателями. СД име­ют высокий коэффициент мощности cos φ, близкий к единице или даже опережающий. Способность СД работать с опережающим cos φ и отдавать при этом в сеть реактивную мощность позволяет улуч­шать режим работы и экономичность системы ЭСН. КПД современных СД составляет 96...98%, что на 1...1,5% выше КПД АД с теми же габаритными размерами и скоростью. В СД возможно регулирование перегрузочной способ­ности посредством регулирования тока возбуждения. СД обладает абсолютно жесткой мех-кой харак-ой. Важным преимуществом конструкции СД является наличие большого воздушного зазора, вследствие чего его харак-ки и свойства мало зависят от износа подшипников и неточности монтажа pотopa.

Электротехническая промышленность выпускает несколько серий СД различного назначения. Для общего применения выпускаются дв-ли серий СД2 и СД3 мощностью от 132 до 1000 кВт, СДН-2 и СДН-3 мощностью от 315 до 4000 кВт и напряжением питания 380 и 6000 В. В приводе вертикальных насосов используются дв-ли ВДС и ВДС2 мощностью от 4000 до 12 500 кВт и ВСдн мощностью от 630 до 3200 кВт. Существуют и СД во взрывоопасном исполнении серий СДКП2 (315...5000 кВт) и СТДП(630... 12 500 кВт). Кроме того, выпускаются СД, предназначенные для привода быстроходныx механизмов (серия СТД), мельниц(СДМ3 и СДС3-2), поршневых компрессоров(СДК2 ) и ряд других.