Синхронные двигатели, пуск и т.п.

Синхронная машина, как любая электрическая машина, обратима, т.е. может работать как в двигательном, так и в генераторном режимах. Однако особенности работы машины в том или ином режиме предъявляют различные требования к ее конструктивному исполнению. Наиболее существенным отличием условий работы синхронного двигателя является процесс включения его в сеть, называемый пуском.

Собственный пусковой момент синхронного двигателя равен нулю, так как вследствие инерции ротора поток возбуждения Фf не может сразу достичь синхронной частоты вращения потока статора Ф1. Поэтому после включения возбуждения двигателя в сеть при n = О поля Фf и Ф1 перемещаются относительно друг друга с большой скоростью, и среднее взаимодействие этих полей равно нулю.

Пуск синхронного двигателя можно осуществить с помощью преобразователя частоты, который плавно повышает частоту вращения поля якоря Ф1 от нуля до номинального значения по мере разгона двигателя. Такой способ пуска называется частотным. Возможен также пуск синхронного двигателя при помощи дополнительного асинхронного двигателя, осуществляющего предварительный разгон недовозбужденного синхронного двигателя до подсинхронной частоты вращения. Затем производится включение синхронного двигателя в сеть и его синхронизация по методу грубой синхронизации подобно тому, как это делается для синхронных генераторов.

Однако наиболее распространенным является асинхронный пуск синхронного двигателя. С этой целью на роторе в специальных пазах полюсных наконечников явнополюсных синхронных двигателей размещают коротко-замкнутую обмотку (рис. 5.43) в виде латунных, медных ели бронзовых стержней 1, соединенных по торцам короткозамыкающими кольцами 2. Эта обмотка называете» пусковой. При использования массивных плюсов, а также в случае неявнополюсных синхронных двигателей с ротором в виде массивного стального цилиндра роль пусковой обмотки выполняет внешняя поверхность полюсов или цилиндра ротора

Схема асинхронного пуска представлена на рис. 5.44. В соответствии с этой схемой процесс пуска выполняется в два этапа. На первом этапе после включения обмотки статора в сеть ротор двигателя разгоняется под действием асинхронного момента до подсинхрояной частоты вращения. Скольжение ротора

Обмотка возбуждения в течение первого этапа пуска замыкается на активное сопротивление Rn = (5 - 10)rf. Оставлять обмотку возбуждения разомкнутой нельзя, так как вращающееся поле статора наводит в ней в начальный период пуска значительную ЭДС, способную «пробить» изоляцию обмотки возбуждения и опасную для эксплуатационного персонала.

Замыкать обмотку возбуждения накоротко также нецелесообразно, так как при этом возрастают провалы в кривой асинхронного момента Ма (рис.5.45). Обмотка возбуждена является однофазной обмоткой. Индуцированный в ней ток создает пульсирующее магнитное поле. Прямо вращающаяся составляющая этого поля создает момент Mfa1, а обратно вращающаяся составляющая - момент Mfa2, (см. п.4.13.2). При суммирования этих моментов с моментом пусковой обмотки Мn0 в кривой результирующего момента Ма = f(s) появляются провалы в зоне малых скольжений и в области скольжения s = 0,5, которые могут затруднить пуск двигателя. Введение в цепь обмотки возбуждения дополнительного сопротивления Rn позволяет уменьшить величину этих провалов. Для оценки пусковых свойств синхронного двигателя используются три показателя:

кратность пускового момента Mn/MH

кратность максимального момента Mm/MH

кратность входного момента Mвх/ MH.

Входной момент определяется при скольжении s = 0,05, примерно соответствующем верхнему уровню скольжения, при котором двигатель может войти в синхронизм после подачи возбуждения. Момент сопротивления на валу двигателя Мвн должен быть меньше развиваемого двигателем асинхронного момента Ма (рис. 5.45). Разность моментов Ма н Мвн определяет динамический момент

Чем больше динамический момент, тем меньше время пуска

Если динамический момент мал, то пуск затягивается. Это может привести к перегреву обмотки статора и пусковой обмотки из-за значительных токов, протекающих по этим обмоткам при асинхронном пуске. Пусковой ток статарной обмотки (при s = 1) в несколько раз превышает номинальный ток и обычно составляет

Второй этап пуска начинается, когда ротор достигнет установившейся частоты вращения (s=0,03 - 0,05), и обмотка возбуждения подключается к источнику постоянного тока (возбудителю). После включения возбуждения на ротор помимо асинхронного момента начинает действовать синхронный момент Мс, зависящий от тока возбуждения If и угла Θ.