Билет 11

Методы асинхронного пуска синхронного двигателя, особенности асинхронного

момента синхронной машины.

Синхронный двигатель не имеет начального пускового момента.для пуска синхронного двигателя необходимо разогнать его ротор с помощью внешнего момента до частоты вращения, близкой к синхронной.В настоящее время для этой цели применяют метод асинхронного пуска. При этом методе синхронный двигатель пускают как асинхронный, для чего его снабжают специальной коротко-замкнутой пусковой обмоткой, выполненной по типу «беличья клетка». Чтобы увеличить сопротивление стержней, клетку изготовляют из латуни. При включении трехфазной обмотки статора в сеть образуется вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействуя с током Iпв пусковой обмотке,создает электромагнитные силы F и увлекает за собой ротор. После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной, постоянный ток, проходящий по обмотке возбуждения, создает синхронизирующий момент, который втягивает ротор в синхронизм.

Применяют две основные схемы пуска синхронного двигателя. При 1 схеме, обмотку возбуждения сначала замыкают на гасящий резистор, сопротивление которого Rдоб превышает в 8 — 12 раз активное сопротивление Rв обмотки возбуждения. После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной (при s ≈ 0,05), обмотку возбуждения отключают от гасящего резистора и подключают к источнику постоянного тока (возбудителю), вследствие чего ротор втягивается в синхронизм.

При 2 схеме обмотка возбуждения постоянно подключена к возбудителю, сопротивление которого по сравнению с сопротивлением Rв весьма мало, поэтому эту обмотку в режиме асинхронного пуска можно считать замкнутой накоротко. С уменьшением скольжения до

s = 0,3 ÷ 0,4 возбудитель возбуждается и в обмотку возбуждения подается постоянный ток, обеспечивающий при s ≈ 0,05 втягивание ротора в синхронизм. Различие пусковых схем обусловлено тем, что не во всех случаях может быть применена более простая схема с постоянно подключенной к возбудителю обмоткой возбуждения, так как она имеет худшие пусковые характеристики. Главной причиной ухудшения пусковых характеристик является возникновение одноосного эффекта— влияние тока, индуцируемого в обмотке возбуждения при пуске, на характеристику пускового момента.

Наличие пусковой обмотки на роторе существенно уменьшает обратное магнитное поле и создаваемый им момент.включение гасящего сопротивления в цепь обмотки возбуждения на период пуска уменьшает ток в этой обмотке и улучшает форму кривой пускового момента.

Следует отметить, что если обмотку возбуждения при пуске не отключить от возбудителя, то по якорю возбудителя в период пуска проходит переменный ток, что может вызвать искренне щеток. Поэтому такую схему пуска применяют в Случае небольшого нагрузочного момента — не более 50 % от Номинального, при сравнительно небольшой мощности двигателя.

Пуск с разрядным сопротивлением:

Пуск с наглухо подключенным возбудителем

Обычно производится прямой асинхронный пуск СД путум включения на полное напряжение сети. При тяжелых условиях пуска производится реакторный или трансформаторный пуск при пониженным напряжении, как и у АД с короткозамкнутым ротором.

В общем случае асинхронный вращающий момент:

где М₁– вращающий момент, М₂– величина момента, созданного токамиI₂

2. Методы регулирования скорости двигателя постоянного тока параллельного возбуждения: механические и токовые характеристики, основные уравнения.

E+I_ЯR_Я=U_Я (1) E= U_Я - I_ЯR_Я (2) E=cФω (3) ω= (4)

M=cФIя (5) ω= М (6)

ω ₀ =U/cФ (7) ω= ω ₀ -βM (8)

β= (7)

В двиг. Реж. Амплитуда пит. U> амплитуды ЭДС. Эл.магн. момент является положит. В ген.реж. амплит. ЭДС >амплит. пит.U. Ур (1) – ур напряжения обмотки эл.двигателя постоянного тока. Ур (3) – ЭДС в обм якоря машины пост тока.ω – скорость вращения ротора. Ур (4)-скоростная характеристика маш.пост тока (зав-ть частоты вращения ротора от тока нагрузки, тока якоря). - сумма всех активных сопрот. Цепи якоря, подключенных к пит.напряжению. Ур (5) – ур. Момента машины пост.тока. 6,8–ур мех. х-ки.

Рис 2 –мех характеристика двигателя постоянного тока, которая представляет собой прямую линию с малым углом наклона к горизонтали. Существуют три основных мотода пуска и регулирования скорости вращения ротора.

1 метод: введение добавочного сопротивления в цепь обм. Якоря.

(9)

Ур (9.1)-ток прямого пуска машины. Т.к. ток прямого пуска превышает Iном в 10 и > раз, то по усл. Термич. Стойкости иозоляции, такой метод используется в двигателях малой мощности. Ур (9.2)-пусковой ток для случ.реостатного пуска двигателя. Рис3-группа мех.хар-к для режима реостатного пуска. «+» : простота, дешево. «-«: низкая энергетическая еффективность из-за наличия динамических потерь в

реостате.

β=tgα– критерий жесткости мех.хар-ки. Чем меньше α, тем жестче характеристика.

2 метод. Основан на изменении амплитуды питающего напряжения, подаваемого на обмотку якоря.

Изменение амплитуды питающего напряжения: ω=(U-Iа)/сФ (1) М=СФIа (2)Iа=М/сФ (3)

ω= U/сФ - М (4)

Данный метод реализуем, если обм.якоря двигателя питается от источника напряжения регулируемой амплитуды (управляемого тирристорного или транзисторного выпрямителя). Данный метод позволяет сократить жесткость мех.хар-к машины, что особенно важно в режиме регулирования скорости под нагрузкой. По рис1 жесткость мех.хак-ки попределяется углом наклона к горизонтали α. Ур 5,6 позволяют рассчитать tgα,tgα не зависит от амплитуды пит.напряжения. жесткость мех.хар-ки неизменна. При этом изменяется скорость идеального ХХω _{0 .} Рис 2 приведена группа мех.хар-к машины для данного метода регулирования машины.

3 метод.Основан на изменении магнитного потока возбуждения. ω=U/сФ -М, y=a-bx.

Магнитный поток изменяется либо изменением тока в обмотке возбуждения (для этого обм.возбуждения также должна питаться от источника регулируемого напряжения, управляемый управляемый выпрямитель). Второй, более дешевый вариант: релейная контактная схема с реостатом в цеппи возбуждения => изм-ся сопротивление ОВ, что определяет изменение тока возбуждения и магнитного потока.

Недостатки: снижается жесткость мех.хар-ки => уменьшает устойчивость работы под нагрузкой. Увеличение магнитного потока в машине приведет к тому, что Iв превысит ном. Значение, выходящее за паспортный режим работы. Диапазон регулирования скорости ограничен.

Билет 12

Качание СМ. Свободное и вынужденные колебания ротора

При колебаниях или качаниях синхронной машины ее ротор вращается неравномерно и скорость его колеблется с некоторой частотой около среднего значения.

Колебания синхронных машин бывают вынужденные и свободные.

Вынужденные колебания синхронной машины возникают в случаях, когда механический момент на валу непостоянен и содержит пульсирующие составляющие. .) Чаще всего это бывает при соединении синхронных машин с поршневыми машинами (например, дизельный первичный двигатель у генератора и поршневой компрессор у двигателя).

Свободные колебания присущи самой природе синхронной машины, так как она при параллельной работе с сетью или другими синхронными машинами представляет собой колебательную систему. Такие колебания возникают при любых внезапных или резких нарушениях или изменениях режима работы синхронной машины (наброс или сброс нагрузки, падение напряжения на зажимах, изменение тока возбуждения и пр.)

Характерной особенностью реактивных СД является нестабильность вращения ротора при постоянстве средней скорости вращения. Мгновенная угловая скорость ротора может колебаться в пределах одного оборота относительно средней скорости (рис. 3.3). Это явление присуще и другим СД и называется качанием ротора. Оно нежелательно, т. к. дает ошибку в положении ротора относительно расчетного, что недопустимо при использовании СД в точных системах передачи угловых перемещений.

Причиной этого явления является нестабильность реактивного момента и момента нагрузки. Существуют внешние и внутренние (конструктивные) причины, приводящие к нестабильности моментов: эллиптичность вращающегося магнитного поля; неравномерность магнитной проводимости по различным осям двигателя; неточная балансировка ротора; тормозные моменты в подшипниках; колебания и несинусоидальность напряжения питания; неравномерность нагрузки на валу двигателя.

К уменьшению амплитуды качаний ротора приводят следующие факторы: увеличение удельного реактивного момента; улучшение технологии изготовления двигателей; использование электрического демпфирования. Так коротко замкнутая пусковая обмотка является одновременно и демпфирующей, т. к. при качаниях ротора относительно поля в ней наводятся токи, создающие момент, препятствующий качаниям ротора

Методы регулирования скорости двиг пост тока последовательного возбуждения: механич и токовые хар-ки, основные уравн-я

Частота вращения двигателя постоянного тока определяется формулой

Следовательно, ее можно регулировать тремя методами:

1) включением добавочного резистора или реостата rдоб в цепь обмотки якоря;

2) изменением магнитного потока Ф;

3) изменением питающего напряжения U.

Обычно регулирование скорости двигателя последовательного возбуждения осуществляется с помощью реостата, включенного последовательно в цепь якоря. Этот метод обычно применяется в тех устройствах, где используется источник питания с постоянным напряжением, как, например, аккумуляторная батарея. Недостатком данного метода является его неэкономичность, так как значительная часть мощности может теряться в реостате. Другим недостатком этого способа является то, что падение напряжения на сопротивлении реостата уменьшает стабильность скорости двигателя при изменении нагрузки.

Регулирование скорости двигателя последовательного возбуждения изменением потока осуществляется с помощью регулировочного реостата Rp, шунтирующего последовательную обмотку возбуждения . В двигателях большой и средней мощностей при уменьшении магнитного потока частота вращения возрастает (рис. 2.70, б). Уменьшение магнитного потока в этом двигателе осуществляется обычно путем включения регулировочного реостата rp.в параллельно обмотке возбуждения (рис. 2.71), вследствие чего ток возбуждения

где rр.в-сопротивление регулировочного реостата, включенного параллельно обмотке возбуждения; kp.в = Iв/Ia – коэффициент регулирования возбуждения.

Регулирование частоты вращения двигателя путем изменения напряжения на зажимах якоря обычно ведут «вниз», т.е. уменьшают напряжение и частоту вращения по сравнению с номинальными.