Билет №33 (Без 3го вопроса)

Билет 33

1. Механические характеристики синхронных электроприводов. Угловая характеристика, перегрузочная способность.

Синхронные двигатели, если они работают при постоянной частоте с неизменной угловой скоростью, применяются для приводов, не требующих регулирования скорости. К таким приводам относятся: компрессоры, холодильные машины, камнедробилки и т. п. Основное до­стоинство синхронного двигателя, заключающееся в воз­можности работать с высоким коэффициентом мощности, приводит к все более широкому применению этого двига­теля.

Угловая скорость синхронного двигателя (рис. 3.38, б) при работе в установившемся режиме с возрастанием на­грузки на валу до определенного значения, не превышаю­щего максимального момента М.тах остается строго посто­янной и равна синхронной угловой скорости:

Поэтому механическая характеристика его имеет вид прямой линии, параллельной оси абсцисс. Если момент нагрузки превышает Мтах, то двигатель может выпасть из синхронизма и показанная на рис. 3.38, б зависимость  от М нарушится.

Современные синхронные двигатели имеют в роторе, кроме нормальной рабочей обмотки, питаемой постоянным током, еще и специальную пусковую короткозамкнутую обмотку. С помощью этой обмотки двигатель пускается в ход как асинхронный, и поэтому в пусковых режимах он обладает асинхронной характеристикой. На рис. 3.39 представлены две пусковые характеристики синхронного двигателя, одна из них / соответствует пуску с понижен­ным начальным пусковым моментом M_П1 и значительным «входным» моментом М_В1, под которым понимается момент, развиваемый при скорости, равной 0,95 о. При этой ско­рости возможно вхождение двигателя в синхронизм после включения постоянного тока в обмотку возбуждения.

Если пусковая клетка имеет увеличенное активное со­противление, то начальный пусковой момент М_П2 будет больше, чем в предыдущем случае, а входной момент М_В1 уменьшится (кривая 2 на рис. 3.39). Выбор одной из двух указанных пусковых характеристик зависит от моментов сопротивления, которым обладают производственные меха­низмы.

При пульсации нагрузки на валу двигателя в установив­шемся режиме значение мгновенной скорости колеблется около среднего значения. Эти колебания происходят за счет изменения угла между напряжением и ЭДС синхронной машины. Колебания скорости имеют практическое значение при- работе синхронного двигателя на пульсирующую на­грузку, например на поршневой компрессор. Для решения вопроса об устойчивой работе двигателя в таких случаях необходимо знать зависимость момента М от угла  между напряжением и ЭДС ¹. Этому углу 6 соответствует простран­ственный угол сдвига между осью результирующего поля машины и осью полюсов (пространственный угол в р раз меньше угла 9).

Зависимость момента синхронной машины от угла  носит название угловой характеристики.

Для нахождения уравнения угловой характе­ристики обратимся к упрощенной векторной диаграмме неявнополюсной машины, представленной на рис. 3.40.

Если пренебречь потерями в активном сопротивлении ста­тора, считая R1= 0 (рис. 3.41), то подводимая к синхрон­ному двигателю мощность, Вт, может быть принята равной электромагнитной мощности:

где / и U — фазные ток и напряжение статора.

Теперь, подставив полученное выражение в (3.50), получим уравнение электромагнитной мощности, Вт, где /„ -, — ток короткого замыкания,

Отсюда электромагнитный момент (1)

В случае явнополюсной машины появляется еще допол­нительный реактивный момент. Однако для практических расчетов им можно пренебречь и пользоваться формулой (1)

Поэтому искомое уравнение угловой характеристики принимает следующий вид:

С увеличением нагрузки угол  возрастает. Из (3.54) видно, что вначале с увеличением угла 6 растет и развивае­мый двигателем момент (рис. 3.42), что удовлетворяет требо­ванию устойчивой работы двигателя. В правой части гра­фика при > 90° условие устойчивой работы двигателя нарушается, так как при увеличении нагрузки угол в продолжает возрастать, а момент, развиваемый двигателем, уменьшается, вследствие чего двигатель выпадает из синхро­низма. Левая часть характеристики является рабочей частью, а правая, где угол 6 изменяется от 90 до 180°, пред­ставляет собой неустойчивую часть характеристики.

Номинальному моменту двигателя М_ном практически соответствует угол  ном = 30 — 25°. При этом кратность максимального момента к номинальному составляет: ''

Однако в специальных случаях применяют синхронные машины и с большей кратностью максимального момента, достигающей 3,5—4.

Синхронный двигатель может работать и в режиме генератора параллельно с сетью при синхронной угловой скорости, когда нагрузочный момент на его валу будет иметь отрицательное значение, чему отвечает левая ветвь характеристики на рис. 3.38. Для торможения такой режим практического значения не имеет, так как при этом нельзя полудить снижения скорости.

Обычно применяется динамическое торможение синхрон­ных двигателей, при котором обмотки статора отключаются от сети и замыкаются на резисторы (рис. 3.43). Механиче­ские характеристики в этом случае подобны характеристи­кам асинхронного двигателя при динамическом торможении. Интенсивность торможения зависит от сопротивления статорной цепи и от потока, создаваемого током роторной об­мотки. Время торможения при питании цепей возбуждения от собственного возбудителя, находящегося на валу син­хронного двигателя, больше, чем при питании от независи­мого источника постоянного тока. Объясняется это тем, что при снижении угловой скорости возбудителя уменьша­ется его ЭДС, а следовательно, уменьшаются ток возбужде­ния двигателя и тормозной момент.

Торможение синхронных двигателей противовключением практически не применяется, так как оно сопровож­дается большими толчками тока и ведет к усложнению управ­ления ввиду необходимости отключения двигателя при под­ходе к нулевой скорости.

2. Построение САР двухзонного регулирования по каналу якорной цепи.