Типични схеми за стартиране на синхронни електродвигатели

Синхронните двигатели се използват широко в промишлеността за електрически задвижвания, работещи с постоянна скорост (компресори, помпи и др.). Напоследък поради появата на преобразуваща полупроводникова технология се разработват управлявани синхронни електрически задвижвания.

Предимствата на синхронните двигатели

Синхронният двигател е малко по -сложен от асинхронен двигател, но има редица предимства, което прави възможно използването му в някои случаи вместо асинхронен.

1. Основното предимство на синхронния електродвигател е възможността да се получи оптимален режим за реактивна енергия, което се осъществява чрез автоматично регулиране на тока на възбуждане на двигателя. Синхронният двигател може да работи, без да консумира или доставя реактивна енергия към мрежата, при коефициент на мощност (cos fi) равно на единица. Ако предприятието се нуждае от генериране на реактивна енергия, тогава сисинхронен електродвигател, работещ с превъзбуждане, може да го даде в мрежата.

2. Синхронните двигатели са по -малко чувствителни към колебанията на напрежението в мрежата от асинхронните двигатели. Техният максимален въртящ момент е пропорционален на мрежовото напрежение, докато критичният въртящ момент на асинхронния двигател е пропорционален на квадрата на напрежението.

3. Синхронните двигатели имат висок капацитет на претоварване. В допълнение, капацитетът за претоварване на синхронен двигател може автоматично да се увеличи чрез увеличаване на тока на възбуждане, например в случай на внезапно краткосрочно увеличаване на натоварването върху вала на двигателя.

4. Скоростта на въртене на синхронен двигател остава непроменена за всяко натоварване на вала в границите на неговия капацитет за претоварване.

Методи за стартиране на синхронен двигател

Възможни са следните методи за стартиране на синхронен двигател: асинхронен старт при пълно мрежово напрежение и стартиране при ниско напрежение през реактор или автотрансформатор.

Стартът на синхронен двигател се извършва като асинхронен старт. Вътрешният начален въртящ момент на синхронна машина е малък, докато този на машина с неявен полюс е нула. За да се създаде асинхронен въртящ момент, роторът е снабден със стартова клетка на катерица, чиито пръти са поставени в процепите на полюсната система. (Естествено, няма пръти между полюсите в двигател с изпъкнал полюс.) Същата клетка допринася за увеличаване на динамичната стабилност на двигателя по време на скокове на натоварване.

Поради асинхронния въртящ момент двигателят стартира и ускорява. В намотката на ротора по време на ускорение няма ток на възбуждане. Машината се стартира невъзбудена, тъй като наличието на възбудени полюси би усложнило процеса на ускорение, създавайки спирачен момент, подобен на този на асинхронния двигател по време на динамично спиране.

Когато се достигне т. Нар. Субсинхронна скорост, която се различава от синхронната с 3 — 5%, към възбуждащата намотка се подава ток и двигателят, след няколко колебания около равновесното положение, се привлича в синхрон. Двигателите с явни полюси, поради реактивния въртящ момент при ниски моменти на вала, понякога се привеждат в синхрон, без да подават ток към намотката за възбуждане.

В синхронните двигатели е трудно да се осигурят едновременно необходимите стойности на началния въртящ момент и входния въртящ момент, който се разбира като асинхронен въртящ момент, развит, когато скоростта достигне 95% от синхронната скорост. В съответствие с естеството на зависимостта на статичния въртящ момент от скоростта, т.е. в съответствие с типа механизъм, за който е проектиран двигателят, параметрите на стартовата клетка трябва да се променят в заводите за производство на електрически машини.

Понякога, за да се ограничат токовете при стартиране на мощни двигатели, напрежението на клемите на статора се намалява, включително последователно намотките на автотрансформатора или резисторите. Трябва да се има предвид, че когато се стартира синхронен двигател, веригата на намотката на възбуждане се затваря до голямо съпротивление, надвишаващо съпротивлението на самата намотка с 5-10 пъти.

В противен случай, под действието на токовете, индуцирани в намотката по време на стартиране, възниква пулсиращ магнитен поток, чийто обратен компонент, взаимодействащ с токовете на статора, създава спирачен момент. Този въртящ момент достига максималната си стойност при скорост малко над половината от номиналната и под негово влияние двигателят може да спре ускорението при тази скорост. Оставянето на веригата на възбуждане, прекъснато по време на стартиране, е опасно, тъй като изолацията на намотката може да бъде повредена от индуцираната в нея ЕМП.

Образователна филмова лента — „Синхронни двигатели“, създадена от фабриката за учебни пособия през 1966г. Можете да го гледате тук: Филмова лента «Синхронен двигател»

Асинхронен старт на синхронен електродвигател

Веригата за възбуждане на синхронен двигател с глухо свързан възбудител е доста проста и може да се използва, ако пусковите токове не причиняват спад на напрежението в мрежата повече от допустимия и статистическият въртящ момент Ms <0,4 Mnom.

Асинхронният старт на синхронен двигател се осъществява чрез свързване на статора към мрежата. Двигателят се ускорява като асинхронен двигател до скорост на въртене, близка до синхронната.

В процеса на асинхронно стартиране намотката за възбуждане се затваря за съпротивлението на разряда, за да се избегне разрушаване на намотката за възбуждане при стартиране, тъй като при ниска скорост на ротора в нея могат да възникнат значителни пренапрежения. При скорост на въртене, близка до синхронната, контакторът KM се задейства (захранващата верига на контактора не е показана на диаграмата), намотката за възбуждане се изключва от съпротивлението на разряда и се свързва с котвата на възбудителя. Началото свършва.

Типични единици на синхронни вериги за възбуждане на двигателя Използване на тиристорни възбудители за стартиране на синхронни двигатели

Слабото място на повечето електрически задвижвания със синхронни двигатели, което значително усложнява работата и увеличава разходите, е възбудител на електрическите машини в продължение на много години. В наши дни те се използват широко за възбуждане на синхронни двигатели. тиристорни възбудители… Те се доставят в комплект.

Тиристорните възбудители на синхронни електродвигатели са по -надеждни и имат по -висока ефективност. в сравнение с възбудители на електрически машини. С тяхна помощ лесно се решават въпросите за оптималното регулиране на тока на възбуждане за поддържане на постоянството. cos phi, напрежението на шините, от които се захранва синхронният двигател, както и ограничаване на тока на ротора и статора на синхронния двигател в аварийни режими.

Тиристорните възбудители са оборудвани с повечето произведени големи синхронни електродвигатели. Обикновено те изпълняват следните функции:

• стартиране на синхронен двигател със стартов резистор, включен във веригата на намотката на полето,
• безконтактно изключване на пусковия резистор след края на стартирането на синхронния двигател и неговата защита от прегряване,
• автоматично подаване на възбуждане в подходящия момент на стартиране на синхронния електродвигател,
• автоматично и ръчно регулиране на тока на възбуждане
• необходимо принудително възбуждане в случай на дълбоки спадове на напрежението върху статора и резки скокове на натоварване върху вала на синхронен двигател,
• бързо гасене на полето на синхронен двигател, когато е необходимо да се намали тока на полето и да се изключи електродвигателя,
• защита на ротора на синхронен двигател от продължителни свръхток и къси съединения.

Ако синхронният електродвигател се стартира при намалено напрежение, тогава при «лек» старт се възбужда, докато намотката на статора се включи при пълно напрежение, а при «тежък» старт възбуждането се подава при пълно напрежение в статорна верига. Възможно е последователното свързване на намотката на моторното поле към арматурата на възбудителя със съпротивлението на разряда.

Процесът на подаване на възбуждане към синхронен двигател е автоматизиран по два начина: като функция на скоростта и като функция на тока.

Системата за възбуждане и управляващото устройство за синхронни двигатели трябва да осигуряват:

• стартиране, синхронизиране и спиране на двигателя (с автоматично възбуждане в края на старта);
• принуждаващо възбуждане с коефициент не по -малък от 1,4, когато мрежовото напрежение падне до 0,8Uн;
• възможността за компенсиране от двигателя на реактивната мощност, консумирана (отдадена) от съседни електрически приемници в рамките на топлинните възможности на двигателя;
• спиране на двигателя в случай на повреда в системата за възбуждане;
• стабилизиране на тока на възбуждане с точност 5% от зададената стойност, когато мрежовото напрежение се промени от 0,8 на 1,1;
• регулиране на възбуждането чрез отклонение на напрежението на статора с мъртва зона от 8%;
• когато захранващото напрежение на статора на синхронния двигател се промени от 8 до 20%, токът се променя от зададената стойност на 1,4 Iн, увеличаване на тока на възбуждане, за да се осигури максимално претоварване на двигателя.

На диаграмата, показана на фигурата, възбуждането се подава към синхронен двигател с помощта на DC електромагнитно реле KT (реле за време с втулка). Бобината на релето е свързана към разрядното съпротивление Rdisc чрез VD диода. Когато намотката на статора е свързана към мрежата, в намотката на възбуждане на двигателя се предизвиква ЕДС. Изправен ток преминава през бобината на KT релето, чиято амплитуда и честота на импулсите зависят от приплъзването.

Захранване на възбуждане към синхронен двигател в зависимост от скоростта

При стартиране, приплъзване S = 1. С ускоряване на двигателя той намалява и интервалите между коригираните полувълни на тока се увеличават; магнитният поток постепенно намалява по кривата Ф (t).

При скорост, близка до синхронната, магнитният поток на релето успява да достигне стойността на потока на отпадане на релето Fot в момента, когато токът не преминава през KT релето. Релето губи захранване и чрез своя контакт създава захранваща верига на КМ контактора (захранващата верига на КМ контактора не е показана на диаграмата).

Помислете за управлението на захранващото захранване в текущата функция, използвайки токово реле. С пусковия ток релето за ток KA се задейства и отваря контакта си в веригата на контактора KM2.

Графика на промените в тока и магнитния поток в релето за време KT

Наблюдение на възбуждането на синхронен двигател в зависимост от тока

При скорост, близка до синхронна, KA релето изчезва и затваря контакта си във веригата на контактора KM2. Контакторът KM2 се активира, затваря контакта си във веригата за възбуждане на машината и маневрира резистора Rres.

Вижте също: Избор на оборудване за стартиране на синхронни двигатели