Характеристики и пусковые свойства синхронных двигателей

Механические характеристики и пусковые свойства двигателя

Механическая характеристика представляет зависимость вращающего момента двигателя от его частоты вращения при неизменных напряжении и частоте питающей сети.

Пусковые свойства характеризуются значениями пускового момента Мп, минимального момента Мmin, максимального (критического) момента Мкр, пускового тока Iп или пусковой мощности Sп или их кратностями. Зависимость момента, отнесенного к номинальному моменту, от скольжения называется относительной механической характеристикой. Номинальный вращающий момент определяется по формуле:

Мн = 9550 Р2н/n1н, Нм

где Р2н – номинальная мощность, кВт,

n1н – номинальная частота вращения, об/мин.

Пусковые свойства стандартных асинхронных двигателей:

Мп/Мн – кратность пускового момента к номинальному;

Мкр./ Мн – кратность максимального момента к номинальному;

Мmin./ Мн – кратность минимального момента к номинальному;

Iп / Iн – кратность пускового тока к номинальному;

Sl = Sп/P2н — кратность пусковой мощности, кВа к номинальной Р2н ,кВт, регламентируются ГОСТ 28327 ( МЭК 60034 – 12).

Конкретные значения пусковых свойств двигателей приводятся в каталогах.

В соответствии с ГОСТ 28327 и МЭК 60034 – 12 стандартные асинхронные двигатели могут иметь два исполнения по механическим характеристикам N – нормальный момент и Н – повышенный момент. Двигатели исполнения N должны быть рассчитаны на два последовательных пуска (с остановкой между пусками) из холодного состояния или на один пуск из нагретого состояния после работы при номинальной нагрузке.

Момент сопротивления нагрузки при пуске пропорционален квадрату частоты вращения и равен номинальному моменту при номинальной частоте вращения, а значение внешнего момента инерции, g, кг.м2, не должно превышать рассчитанного по формуле:

γ = 0,04·Р2н0,9·ρ2,5,

где Р2н – номинальная мощность двигателя, кВт; ρ – число пар полюсов;

Двигатели исполнения Н должны допускать два последовательных пуска (с остановкой между пусками) из холодного состояния или один пуск из нагретого состояния при работе в номинальных условиях.

Момент сопротивления нагрузки предполагается постоянным, равным номинальному моменту и не зависящим от частоты вращения, а значение внешнего момента инерции не должно превышать 50% значения, получаемого по приведенной выше формуле.

Механические характеристики асинхронных двигателей зависят от типа ротора, номинальной мощности, а также от числа полюсов. Однако разность в значениях момента при соответствующих скольжения у двигателей с числом полюсов 2, 4, 6 невелика и не превышает значения поля допуска на моменты.

Разновидности механических характеристик для различных исполнений асинхронных двигателей показаны на рис.8.4 .

Механические характеристики группы двигателей, представляющих отрезок серии, укладываются в некоторую зону. Среднюю линию этой зоны называют групповой механической характеристикой. Ширина зоны групповой характеристики не превышает поля допуска на моменты.

Обозначение и соединение выводов обмоток статора

Начало и конец статорной первой обмотки (фаза А) обозначают соответственно С1 и С4, второй (фаза В) — С2 и С5, третьей (фаза С) — С3 и С6. В зависимости от напряжения, на которое рассчитывается двигатель, обмотки, соединяют по двум основным схемам, получившим название «звезда» и «треугольник».

На рисунке 8.5 показаны схемы включения обмоток статора асинхронного электродвигателя и соединение обмоток на клемнике: а — звездой, б — треугольником.

Основные данные электродвигателей

Основные данные приводятся на заводской бирке, которая крепится к корпусу электродвигателя.

На ней записаны основные технические данные, достаточно полно характеризующие электродвигатель: номинальная мощность на валу (кВт), номинальное напряжение (В) с указанием соответствующей схемы соединения обмоток, сила тока (А) для каждой схемы соединения, номинальная частота вращения об/мин, частота тока в сети (Гц), коэффициент мощности — cosφ, коэффициент полезного действия — к.п.д. (%), класс изоляции, тип электродвигателя и его масса (кг).

Основные конструктивные исполнения асинхронных электродвигателей

Многообразие выполняемых работ и условий, в которых эксплуатируются асинхронные электродвигатели, обусловило то, что промышленность выпускает их в различном конструктивном исполнении. По степени защищенности электродвигатели выпускают:

Открытые — без специальных приспособлений для предохранения от случайного прикосновения к вращающимся и токоведущим частям, а также для предотвращения попадания внутрь посторонних предметов и т. п. (имеют ограниченное распространение).

Защищенные — имеющие приспособления для предохранения от случайного прикосновения к вращающимся и токоведущим частям, а также для предотвращения попадания внутрь посторонних предметов.

Каплезащищенные — снабженные приспособлениями для предохранения внутренних частей от попадания капель влаги, падающих отвесно.

Закрытые — у них внутренняя полость отделена от внешней среды оболочкой, препятствующей проникновению пыли.

Взрывозащищенные — т. е. защищенными настолько хорошо, что они допускаются к применению во взрывоопасных помещениях.

По способу монтажа различают фланцевые, вертикальные, встроенные электродвигатели и т. п.

Обозначение электродвигателей различного конструктивного исполнения

В зависимости от способа монтажа или установки электродвигателя на машине применяют следующие обозначения:

М101 — двигатель, устанавливаемый горизонтально и закрепляемый на лапах, которые приварены к станине или отлиты вместе с ней.

М201 — двигатель горизонтальной установки, подвешиваемый на лапах, которые расположены вверху на станине.

М301 — фланцевый двигатель, предназначенный для горизонтальной установки; на подшипниковом щите (со стороны конца вала) имеет кольцевой фланец с отверстиями для болтов и центрирующей заточкой.

М302 — двигатель вертикальной установки (рабочим концом вала вниз); закрепляется при помощи фланца на подшипниковом щите со стороны рабочего конца вала (двигатель опирается на фланец).

М303 — то же, что и М302, но для установки рабочим концом вала вверх; закрепляется при помощи фланца на подшипниковом щите со стороны рабочего конца вала (двигатель подвешивается на фланце).

М102 — то же, что и М302, но с закреплением только на лапах.

М103 — то же, что и М102, но устанавливается рабочим концом вале вверх.

М202 — то же, что и М302, но с закреплением при помощи фланца на щите и лап на станине.

М203 — то же, что и М202, но с установкой рабочего конца вала вверх.

Типы электродвигателей

Наряду с применением электродвигателей серий 4А и 5А находят применение и ранее выпускавшиеся электродвигатели единой серии А, АО, А2 и АО2. В помещениях с повышенной влажностью или с агрессивной средой используют электродвигатели специального назначения.

Электродвигатели серии 4(5)А — асинхронные трехфазные электродвигатели, выпущенные взамен электродвигателей единой серии А2 и АО2. Они по сравнению с электродвигателями серииА2 и АО2 имеют меньшие массу (в среднем на 18%), габариты, уровень шума и вибраций, большие пусковые моменты и повышенную эксплуатационную надежность.

Электродвигатель АИР — унифицированная серия асинхронных электродвигателей. Серия АИР охватывает диапазон мощностей от 0,06 до 315 кВт, характеризуемых значениями высоты оси вращения от 50 до 355 мм и частотами вращения 3000, 1500, 1000, 750 об/мин.

Электродвигатели асинхронные трехфазные переменного тока серии АИР предназначены для комплектации электроприводов различных механизмов во всех отраслях промышленности и аграрного комплекса. Частота 50 и 60 Гц, напряжение 220-660 В (АИР 71 — 220-440 В). Степень защиты электродвигателей IP54 (по заказу IP55), степень защиты IP55, класс изоляции F.

Структура условного обозначения электродвигателей

Обозначение серии электродвигателя: АИР, А, 4А, 5А, АД, 7АVЕR – общепромышленные электродвигатели с привязкой мощностей по ГОСТ 51689-2000 АИС, 6А, IMM, RA, AIS – общепромышленные электродвигатели с привязкой мощностей по евростандарту DIN (CENELEC) АИМ, АИМЛ, 4ВР, ВА, АВ, ВАО2, 1ВАО, 3В – взрывозащищенные электродвигатели АИУ, ВРП, АВР, 3АВР, ВР – взрывозащищенные рудничные электродвигатели А4, ДАЗО4, АОМ, ДАВ, АО4 – высоковольтные электродвигатели

Признак модификации электродвигателя:
М – модернизированный электродвигатель (например: АДМ63А2У3)

К – электродвигатель с фазным ротором (например: 5АНК280A6)
Х – электродвигатель в алюминиевой станине (например: 5АМХ180М2У3)
Е – однофазный электродвигатель 220В (например: АИРЕ80С2У3)
Н – электродвигатель защищенного исполнения с самовентиляцией (например: 5АН200М2У3)
Ф – электродвигатель защищенного исполнения с принудительным охлаждением (например: 5АФ180М2У3)
С – электродвигатель с повышенным скольжением (например: АИРС180М4У3)
В – встраиваемый электродвигатель (например: АДМВ63В2У3)
Р – электродвигатель с повышенным пусковым моментом (например: АИРР180S4У3)
П – электродвигатель для привода вентиляторов в птицеводческих хозяйствах («птичник») (например: АИРП80А6У2)
Габарит (высота оси вращения вала над установочной поверхностью), мм:
50, 56, 63, 71, 80, 90, 100, 112, 132, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315, 355, 400…
Установочный размер или длина сердечника электродвигателя:
А, В, С – вариант длины сердечника электродвигателя S, M, L – вариант длины сердечника и установочных размеров электродвигателя по длине станины

Конструктивная модификация:
Б – со встроенным датчиком температурной защиты

Б1 – электродвигатель с датчиками температурной защиты обмотки и подшипниковых узлов Б2 – электродвигатель с датчиком температурной защиты обмотки и подогревателем Е – со встроенным электромагнитным тормозом Е2 – со встроенным электромагнитным тормозом и ручкой расторможения Ж (Ж1, Ж2) – со специальным удлиненным концом вала (для моноблочных насосов) Л – электродвигатель для приводов лифтов Н – электродвигатель малошумного исполнения П – электродвигатель повышенной точности по установочным размерам Р3 – электродвигатель для мотор-редукторов С – электродвигатель для станков-качалок Тр — электродвигатель для осевых вентиляторов в системах охлаждения трансформаторов УП – электродвигатель в пылезащищенного исполнения

Ф- электродвигатель хладономаслостойкого исполнения

Число полюсов электродвигателя:
2 (3000 об/мин); 4 (1500 об/мин); 6 (1000 об/мин); 8 (750 об/мин); 10 (600 об/мин); 12 (500 об/мин) 4/2, 6/4, 8/6, 12/4, 12/6, 6/4/2, 8/6/4 и т. д. – многоскоростные электродвигатели

Климатическое исполнение (ГОСТ 15150-69) Электродвигатели, предназначенные для эксплуатации на суше, реках, озерах:У – для макроклиматического района с умеренным климатом УХЛ – для макроклиматических районов с умеренным и холодным климатом ХЛ – для макроклиматического района с холодным климатом Т – для макроклиматических районов как с сухим, так и с влажным тропическим климатом ТВ – для макроклиматического района с влажным тропическим климатом ТС – для макроклиматического района с сухим тропическим климатом О – для всех макроклиматических районов на суше, кроме очень холодного (общеклиматическое исполнение)

Электродвигатели, предназначенные для эксплуатации в макроклиматических районах с морским климатом:
М – для макроклиматического района с умеренно-холодным морским климатом

ТМ – для макроклиматического района с тропическим морским климатом, в том числе для судов каботажного плавания или иных, предназначенных для плавания только в этом районе

ОМ – для макроклиматических районов как с умеренно-холодным, так и тропическим морским климатом, в том числе для судов неограниченного района плавания

Электродвигатели, предназначенные для эксплуатации во всех макроклиматических районах на суше и на море, кроме макроклиматического района с очень холодным климатом (всеклиматическое исполнение):
В – для всех макроклиматических районов на суше и на море, кроме очень холодного (всеклиматическое исполнение)
Категория размещения (ГОСТ 15150-69)
1 – электродвигатель для эксплуатации на открытом воздухе 2 – электродвигатель для эксплуатации под навесом, в палатках, кузовных прицепах и т.п. 3 – электродвигатель для эксплуатации в помещениях без регулируемых климатических условий 4 – электродвигатель для эксплуатации в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями

Читайте также:  Выбор схемы соединения фаз электродвигателя

5 – электродвигатель для эксплуатации в помещениях с повышенной влажностью (подвалы, шахты, трюмы и т.п.)

Источник: https://lektsia.com/1x2cff.html

Синхронный двигатель

Принцип действия синхронного двигателя. Так как синхронная машина обладает свойством обратимости, конструкция двигателя практически не отличается от конструкции синхронного генератора.

Однако взаимодействие элементов теперь отвечает принципу действия двигателя. Электрическая активная мощность Р потребляется из сети, в результате чего по обмоткам статора протекает ток.

Ток, как и в генераторе, создаёт МДС Fст, а она – потоки Фd и Фр,я, наводящие в обмотке статора ЭДС и .

По обмотке ротора протекает ток возбуждения Iв, её МДС Fв создаёт магнитный поток ротора Ф0.

Вращаясь вместе с ротором, поток Ф0 в соответствии с законом электромагнитной индукции (ЭМИ) индуцирует в обмотке статора ЭДС , которая направлена против напряжения сети .

Сумма ЭДС с учётом падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора уравновешивает напряжение сети . Магнитные потоки Ф0, Фd и Фр,я образуют результирующий магнитный поток двигателя Фрез.

Вал двигателя сцеплён с валом рабочей машины РМ (например, со шпинделем металлорежущего станка), потребляющей механическую энергию и создающей момент сопротивления Мс.

В результате действия тормозящего момента Мс полюсы ротора отстают от полюсов результирующего поля статора (см. рис. 4.6).

В двигательном режиме результирующий магнитный поток двигателя Фрез является ведущим; вращаясь, он увлекает за собой ротор, создавая вращающий момент М двигателя, преодолевающий тормозной момент Мс механической нагрузки.

Уравнение второго закона Кирхгофа для обмотки статора. В двигательном режиме синхронная машина потребляет из сети ток, который  направлен навстречу ЭДС (рис.4.14,а).

Уравнение, записанное по второму закону Кирхгофа для фазы обмотки статора

,   (4.4)

показывает,  что противо-ЭДС и индуктивное падение напряжения jXсинуравновешивают напряжение сети (предполагается, что=0).

Векторная диаграмма  синхронного  двигателя. Векторная диаграмма построена по уравнению (4.4) на рис. 4.14, б. В результате действия механической нагрузки Мс ось магнитного потока ротора Ф0 отстает на угол от оси результирующего магнитного потока Фрез.

Поэтому в двигательном режиме вектор ЭДСотстает по фазе на угол от вектора напряжения сети . Сопоставление векторных диаграмм синхронного двигателя (рис. 4.14,б) и синхронного генератора (см. рис. 4.13) показывает, что угол меняет свой знак.

При построении векторной диаграммы двигателя вектор принимается за исходный.

Вектор тока отстает по фазе на 90° от вектора  jXсин.

Мощность и вращающий момент синхронного двигателя. Активная мощность, потребляемая трехфазным синхронным двигателем из сети, равна утроенной фазной мощности.

Если пренебречь потерями, которые относительно малы, то активная потребляемая мощность равна электромагнитной мощности, т. е. мощности, передаваемой магнитным полем из статора в ротор, где — угол сдвига фаз между током и ЭДС.

Из треугольников Оса и асb векторной диаграммы на рис. 14.14, б следует, что отрезок  , где —масштабный коэффициент. Подставляя значение  IcosΨ в выражение для Рэм, получаем для механической мощности на валу двигателя
.

Механический момент на валу двигателя
,

(4.5)

где — угловая скорость ротора; Мтах = — максимальный момент, развиваемый двигателем. При постоянном напряжении сети Uc максимальный момент двигателя зависит только от ЭДС Е0, т.е. от тока возбуждения ротора Iв.

Угловая и механическая характеристики. Зависимость момента синхронной машины от угла нагрузки при Uc = const называется угловой характеристикой машины. Угловая характеристика (рис. 4.15) в соответствии с (4.5) имеет вид синусоиды.

В двигательном режиме угол положительный, поэтому на графике двигательному режиму соответствует положительная полуволна синусоиды. В генераторном режиме угол отрицательный, ему соответствует отрицательная полуволна синусоиды. В диапазоне угла нагрузки -90°0 P2> P1.

Минимум тока на характеристиках соответствует активному току, потребляемому двигателем , левые ветви – перевозбуждённому двигателю и ёмкостному току.

При уменьшении тока возбуждения Iв уменьшается ЭДС Е0 и угол увеличивается(рис.4.17).

Штриховая кривая АВ на рис. 4.18 представляет собой границу устойчивости, на которой =90°.

Наиболее экономичным для самого синхронного двигателя является режим работы с , так как двигатель развивает заданную механическую мощность при наименьшем, чисто активном токе статора.

Обычно в эксплуатации синхронный двигатель перевозбуждают с целью улучшения cosφ сети. Режим перевозбуждения выгоден и тем, что уменьшается уголи возрастает перегрузочная способность двигателя.

Вместе с этим следует учитывать, что обмотки статора двигателя рассчитаны на определённый ток с точки зрения нагрева.

Поэтому, чем больше загрузка двигателя активным током Ia (определяющим механическую мощность и момент на валу), тем меньше возможности использования двигателя в качестве генератора реактивной (ёмкостной) мощности за счёт реактивной составляющей тока Ip.

Синхронные компенсаторы. Синхронные компенсаторы – это синхронные машины, специально предназначенные для улучшения коэффициента мощности (cosφ) электрической сети.

Они работают без механической нагрузки на валу (ток Ia мал) в перевозбуждённом режиме (правая ветвь U – образной характеристики Р=0 на рис. 4.20).

Поскольку синхронные компенсаторы работают вхолостую и загружены только реактивным током Ip, они имеют облегчённую механическую конструкцию и, следовательно, меньшие размеры и массу.

Пуск синхронного двигателя. Пуск синхронного двигателя сопряжён с трудностями. Если статорную обмотку включить в трёхфазную сеть, а обмотку возбуждения питать от источника постоянного напряжения Uв (рис. 4.19), то ротор не сдвинется с места – из-за инерционности ротора вращающееся поле статора не успевает сцепиться с неподвижным полем ротора.

Распространение получил так называемый асинхронный пуск синхронного двигателя. Для осуществления асинхронного пуска ротор синхронного двигателя снабжается специальной пусковой короткозамкнутой обмоткой из медных или алюминиевых стержней типа беличьей клетки асинхронного короткозамкнутого двигателя. Пуск двигателя осуществляют следующим образом (рис. 4.19).

Вначале обмотка возбуждения синхронного двигателя замыкается на пусковой реостат Rп, сопротивление которого в 8 – 10 раз больше, чем сопротивление обмотки возбуждения (если оставить обмотку возбуждения разомкнутой, то в ней при пуске вращающимся полем статора будет наводиться значительная ЭДС, опасная для изоляции).

При включении обмотки статора на трёхфазное напряжение двигатель за счёт короткозамкнутой обмотки начинает работать как асинхронный. Когда частота вращения ротора двигателя достигает примерно 95% синхронной частоты вращения поля статора n0, пусковой реостат Rп отключают, а обмотку возбуждения ротора включают на постоянное напряжение Uв.

Так как теперь частота вращения поля статора отличается незначительно от частоты поля вращающегося ротора, полюсы полей статора и ротора вступают во взаимодействие, двигатель втягивается в синхронизм и начинает работать как синхронный. В рабочем, т.е. в синхронном, режиме токи в пусковой короткозамкнутой обмотке не возникают и она в работе машины не участвует.

Однако при кратковременных толчках механической нагрузки на валу в пусковой обмотке токи наводятся и создают момент, демпфирующий колебания ротора.

Преимущества, недостатки и применение синхронных двигателей.

Преимущество синхронных двигателей перед асинхронными состоит в том, что благодаря возбуждению от независимого источника постоянного тока они работают при высоком коэффициенте мощности (до ) и даже с опережающим током.

Это обстоятельство позволяет увеличивать cosφ всей сети. Кроме того, работа двигателя с высоким cosφ обеспечивает уменьшение потребляемого тока и потерь в синхронном двигателе по сравнению с асинхронным той же мощности и, следовательно, более высокий КПД.

Наконец, вращающий момент синхронного двигателя пропорционален напряжению сети Uc . Поэтому при понижении напряжения в сети синхронный двигатель сохраняет большую перегрузочную способность, чем асинхронный, и, следовательно, обладает большей надёжностью.

Вместе с тем синхронный двигатель сложнее по конструкции, чем асинхронный той же мощности, и поэтому дороже. Синхронные двигатели должны иметь источник постоянного тока (специальный возбудитель или выпрямитель), пуск у них протекает сложнее, чем у асинхронных. Частотное регулирование является единственным способом регулирования угловой частоты вращения ротора синхронного двигателя.

Тем не менее, преимущества синхронных двигателей настолько велики, что при мощностях свыше 100 кВт их целесообразно применять всюду, где не требуется часто останавливать и пускать механизмы или регулировать их скорость. В настоящее время они применяются для привода преобразовательных агрегатов, компрессоров, насосов, вентиляторов, мельниц, дробилок, нерегулируемых прокатных станов и т.п.

Отечественная промышленность выпускает трёхфазные синхронные двигатели мощностью от 20 кВт до нескольких десятков тысяч киловатт при частотах вращения от 100 до 1000 об/мин в явнополюсном исполнении и при 1500, 3000 об/мин – в неявнополюсном, с различным исполнением по способу защиты от внешних воздействий (открытое, защищённое, закрытое и т.д.), с различным рабочим положением вала (горизонтальные, вертикальные) и с различными системами возбуждения: от генератора постоянного тока, расположенного на одном валу с двигателем, от тиристорных выпрямителей и т.д.

Источник: https://electrono.ru/elektricheskie-mashiny/sinxronnyj-dvigatel

Механическая и угловая характеристики синхронного двигателя

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД В ПРОКАТНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Как было показано, в синхронном Двигателе скорость вращения ротора равна синхронной скорости вращения статора и не зависит от нагрузки, т. е. механическая характеристика синхронного дви­гателя представляет прямую, параллельную оси абсцисс (абсо­лютно жесткая механическая характеристика, рис. 31, а).

Однако такую характеристику двигатель имеет при нагрузке от нуля до определенного максимального значения Мтгх. При увеличении нагрузки больше Л4шах двигатель выходит из синхронизма. Для современных синхронных двигателей максимальный момент равен 250—350% от Мн.

Для решения вопроса об устойчивой работе дви­гателя существенное значение имеет угловая характеристика, ко­торая устанавливает зависимость момента двигателя от угла 0 Ш = /(9)1- Аналитическое выражение угловой характеристики

легко получить на основании упрощенной векторной диаграммы синхронного двигателя (см. рис 30, в) Так как при построении упрощенной векторной диаграммы принято = 0, то активная
(11.96)(11.97)(II 98) (II 99)v…… (И 100)Это выражение является угловой характеристикой синхронного двигателяM = MmaxSin0. (11.101)На рис, 31, б приведена угловая характеристика для двигатель­ного и генераторного режимов.Максимальный момент двигатель развивает при угле 0 = 90°.ЗУхфЕ0
Рис 31 Механическая (а) и угловая (б) характеристики синхронного дви­гателямощности за'бираемая от сети, будет являться и электромагнитной мощностью, передаваемой ротору (Рг = Ра)Pl^Pa^ Зи1ф11ф COS ф 10-3 кВт.
При дальнейшем увеличении нагрузки растет угол 0, а момент двигателя снижается и двигатель выпадает из синхронизма.Из уравнения (11.102) видно, что максимальный момент син­хронной машины пря>мо пропорционален напряжению сети £/1ф и э. д. с. Е0, т. е. току возбуждения двигателя. Увеличение тока воз-
Читайте также:  Волновые электростанции - примеры трех проектов
'Іф'іф'Из векторной диаграммы (см. рис. 30, в) /1фХ5 cos (f = Eq sm 0, откуда
р р 3{/1ф£0 sin 6 |1 3 XsЭлектромагнитный момент синхронного двигателяР а _____ Зб^ф Eq

буждения повышает максимальный момент и наоборот. Этим свой­ством пользуются при работе привода на ударную нагрузку. В момент пиковой нагрузки (например, при захвате металла вал­ками) повышают ток возбуждения (увеличением напряжения воз­будителя), увеличивая тем самым Л1шах (Е0) и устойчивость двига­теля.

Учитывая, что перегрузочная способность двигателя Я = _ Mmax _ Sin 90_ должна бЫТЬ не ниже 2—З, ЛЄГКО ОПрЄДЄЛИТЬ

угол 0Н*. sin 0Н = 0,5-7-0,33, а значит, 0Н = 30-т-20°.

Синхронные двигатели в прокатных цехах получили широкое распространение для привода нерегулируемых приводов черновой группы клетей непрерывных станов и для вращения мощных гене­раторов в системах Г—Д.

Из тормозных режимов работы в приводе с синхронным двига­телем в основном применяют динамическое торможение. Для этого обмотки статора отключают от сети и замыкают на сопротивления В этом случае двигатель работает в режиме синхронного генера­тора р механические характеристики аналогичны характеристи­кам при динамическом торможении асинхронного двигателя.

Использовать генераторный режим синхронного двигателя с отдачей энергии в сеть для торможения не представляется воз­можным, так как такой режим возможен только при синхронной скорости вращения ротора.

Основным преимуществом синхронных двигателей является высокий cos ф, который может быть равен единице, а также может быть опережающим (примерно 0,8—0,9). В последнем случае дви­гатель будет отдавать^в сеть реактивную мощность и исправлять тем самым cos ф сети потребителя.

Улучшение COS ф легко понять из рассмотрения упрощенной векторной диаграммы (рис. 30, в). Если при той же нагрузке двигателя увеличивать ток возбуждения (перевозбуждать ма — Шину), то это приведет к росту Е0, и суммарный вектор 11фХ3 = е= U 1(ь — Е0 будет менять фазу относительно питающего напряже­ния £71ф.

Можно обеспечить такое возбуждение двигателя, чтобы вектор /1фХ5 был перпендикулярен вектору t/ц,, тогда вектор тока /1ф будет совпадать с вектором [/іф, т. е. ф = 0 и cos ф = 1.

Дальнейшее увеличение силы тока возбуждения (Е0) приводит к тому, что угол между £/1ф и /хфХ5 становится больше 90° и, сле­довательно, вектор тока /1ф будет опережать вектор £У1ф и угол ф будет отрицательным, т. е. двигатель будет отдавать реактивную энергию в сеть.

При данной полезной мощности двигателя Рх = 3£/1ф/1ф X X cos фЮ-3 ток /1ф, определяющий количество меди в двигателе, увеличивается с уменьшением cos ф, что приводит к увеличению раз­меров двигателя и его стоимости. Одновременно растет количество меди, размеры и стоимость генераторов, трансформаторов, аппа­

ратуры и сети Поэтому электрические станции для потребителей устанавливают тариф на электроэнергию в зависимости от значе­ния cos ф. Чем выше cos ф, тем ниже стоимость электроэнергии по тарифу.

Синхронные двигатели в качестве прокатных более надежны по сравнению с асинхронными Это обусловливается значительно большим (в 3—4 раза) воздушным зазором между статором и рото­ром, а также низким напряжением в роторе двигателя Малый зазор у асинхронного двигателя необходим для уменьшения на­магничивающего тока и улучшения cos ф Кпд синхронного двигателя на 0,5—3% выше, чем у асинхронных двигателей той же мощности К достоинству синхронного двигателя следует также отнести простоту конструкции и надежность в эксплуатации

К числу недостатков электропривода с синхронным двигателем относится необходимость в постоянном токе для возбуждения дви­гателя и необходимость специальных пусковых обмоток для полу­чения приемлемых пусковых характеристик

Синхронный двигатель развивает вращающий момент лишь при условии, когда ротор вращается синхронно с вращающимся ма­гнитным полем статора. При неподвижном роторе вращающий момент отсутствует. Поэтому для разгона синхронного двигателя ротор последнего снабжается короткозамкнутой обмоткой, стержни которой закладываются в полюсные наконечники.

Двигатель пу­скается в ход как асинхронный короткозамкнутый При достиже­нии 95—98% синхронной скорости в обмотку возбуждения по­дается постоянный ток и ротор в результате взаимодействия ма­гнитных потоков статора и ротора втягивается в синхронизм и про­должает работать, как синхронный.

Так как при синхронной ско­рости пусковая короткозамкнутая обмотка не пересекает магнит­ных линий, то в ней не наводится э д с и по ней не протекает ток.

Пусковые механические характеристики асинхронного режима синхронного двигателя подобны х-арактеристикам короткозамкну­тых двигателей. Подбором материала пусковой обмотки и формы стержней можно получить приемлемую пусковую характеристику.

При пуске синхронного двигателя обмотка возбуждения отсоеди­няется от сети постоянного тока, однако оставлять ее разомкнутой нельзя, так э. д. с.

, наводимая в обмотке ротора, может достигнуть большой величины и может быть нарушена изоляция машины Поэтому на время пуска обмотку возбуждения замыкают на раз­рядное сопротивление, которое в 5—10 раз больше сопротивления обмотки возбуждения.

Разрядное сопротивление включается в цепь обмотки до начала пуска и отключается после подачи возбужде­ния.

В последнее время на металлургических заводах для упро­щения операции пуска синхронных двигателей все шире внедряется пуск методом самосинхронизации с подключенным возбудителем (так называемый «глухой пуск») В этом случае обмотка возбужде­ния подключается наглухо к якорю возбудителя, который в про­цессе пуска сэмовозбуждается и обеспечивает втягивание двига — теля в синхронизм. Опыт показывает, что при статическом моменте сопротивления на валу двигателя Мс = (0,25-і-0,35) Мн обеспечи­вается нормальный пуск двигателя.

Процесс пуска синхронного двигателя автоматизирован и сво­дится к нажатию кнопки «Пуск» или к повороту рукоятки универ­сального переключателя.

■Ч- В случае подачи на вход разомкнутой одноконтурной системы гармониче­ского колебания синусоидального типа с угловой частотой ш (для удобства сину­соидальную функцию, изображаемую на комплексной плоскости вектором, за­меняют показательной функцией с …

В замкнутых системах автоматического управления под дей­ствием различных возмущений возникает переходный процесс, характеризующий переход системы из одного установившегося состояния к другому. Характер переходного процесса зависит от свойств и характеристик системы, …

Электромашинные преобразователи частоты включают вра­щающиеся электрические машины, имеют механический метод управления частотой, громоздки в своем исполнении. Развитие силовой полупроводниковой техники привело к созданию регули­руемых электроприводов переменного тока, получающих питание от …

Источник: https://msd.com.ua/avtomatizirovannyj-elektroprivod-v-prokatnom-proizvodstve/mexanicheskaya-i-uglovaya-xarakteristiki-sinxronnogo-dvigatelya/

Механическая характеристика синхронного двигателя

Купить компрессор для кондиционера в Москве по низким ценам

Синхронный двигатель состоит из статора с обмоткой, которая включается в сеть трехфазного тока и выполняет роль якоря машины, и ротора с обмоткой, которая получает питание от постороннего источника постоянного тока и выполняет роль индуктора машины.

Вращающий момент двигателя определяется по формуле

В синхронных двигателях с увеличением нагрузки частота вращения не меняется, а увеличивается угол 0, поэтому механическая характеристика будет абсолютно жесткой (рис. 7.4, а), а для определения величины моментов используют угловую характеристику синхронного двигателя (рис. 7.4,6)—зависимость М = Дв).

Из угловой характеристики видно, что в левой части ее с увеличением угла 0 момент вращения М увеличивается, в правой части с увеличением угла 0 момент уменьшается. Таким образом, устойчивая работа двигателя возможна только на левой части характеристики.

Обычно угол 0 — 20 — 30° соответствует номинальному моменту электродвигателя МНОм. Перегрузочная способность синхронного двигателя X = 2 ч- 2,5.

В зависимости от величины тока возбуждения двигатель может работать с cos q> меньше единицы (ток возбуждения меньше номинального) или равным единице (ток возбуждения равен номинальному). При перевозбуждении синхронный двигатель вырабатывает реактивную энергию и отдает ее в сеть переменного тока. Это свойство двигателя используется для улучшения cos ф сети.

Синхронные двигатели применяются для привода крупных, редко отключаемых машин (компрессоров, вентиляторов, насосов).

Регулирование частоты вращения двигателей переменного тока может быть осуществлено за счет изменения частоты тока, числа пар полюсов, включения в цепь ротора дополнительных активных сопротивлений, введения в цепь ротора дополнительной э. д. с.

Для электродвигателей с короткозамкнутыми роторами возможности регулирования частоты вращения ограничены, так как изменение частоты тока требует установки дополнительного оборудования, изменение числа пар полюсов требует выполнения специальной обмотки в статоре и пересоединения ее в процессе эксплуатации, а включение дополнительных сопротивлений в цепь ротора выполнить невозможно.

Практически нерегулируем и синхронный двигатель, а в электродвигателях с фазным ротором регулирование частоты вращения достигается за счет ввода в цепь ротора дополнительных активных сопротивлений. Данный способ неэкономичен, так как расходуется электроэнергия на нагрев реостата и уменьшается мощность на валу двигателя.

Источник: http://alyos.ru/enciklopediya/gornaya_tlektrotehnika/mehanicheskaya_harakteristika_sinhronnogo_dvigatelya.html

U–образные и рабочие характеристики синхронного двигателя

⇐ ПредыдущаяСтр 83 из 111Следующая ⇒

U-образные характеристики. В процессе работы синхронно­го двигателя в его обмотке статора наводятся ЭДС, сумма которых[см. (20.

29)] приблизительно равна подведенному к обмотке статора напряжению сети.

Эта сумма ЭДС эквивалентна ре­зультирующему магнитному полю, вызванному действием двух магнитодвижущихся сил: возбужденияи статора.

При неизменном напряжении сетирезуль­тирующее магнитное поле постоянно. Поэтому при изменении МДС возбуждения(изменении тока возбуждения) МДС ста­тораизменяется таким образом, чтобы их совместное действие оставалось неизменным, т. е.

чтобы оставалось неизменным ре­зультирующее магнитное поле синхронного двигателя. Это изме­нение МДСможет происходить только за счет изменения вели­чины и фазы тока статора, т. е. за счет изменения реактивной составляющей тока статора.

Например, при увеличении тока возбужденияначиная от наименьшего его значениявозрастает МДС ротора, при этом МДС статора уменьшается. Это уменьшение МДС происхо­дит при уменьшении индуктивной (по отношению к напряжению сети) составляющей тока статора, которая оказывает на маг­нитную систему подмагничивающее влияние.

При этом полный ток статорауменьшается, а ко­эффициент мощности двигателя, увеличивается. При неко­тором значении тока возбужденияиндуктивная составляющая тока статора падает до нуля. При этом ток статора достигнет ми­нимального (при данной нагрузке) значения, так как станет чисто активным, а коэффициент мощности,= 1.

Увеличение тока возбуждения сверх значения, т. е. пере­возбуждение двигателя, вызовет увеличение тока, но те­перь этот ток будет опережающим (емкостным) по отношению к напряжению.

Таким образом, при недовозбужденшсинхронный двигатель работает с отстающим током, а при пе­ревозбуждениис опережающим. Зависимость тока статора от тока возбуждения для синхронного двигателя представ­лена U-образными характеристиками (рис. 22.5).

Ток возбуждениясоответствует работе синхронного двигателя при коэффициен­те мощности= 1. При перевозбуждении двигателя в цепи статора появляется опережающий ток.

Иначе говоря, синхронный двигатель является генератором реактивного тока: индуктивного по отношению к напряжению сети при недовозбуждении и емкостного при перевозбуждении. Указанная способность синхронных двигателей является их ценным качеством, которое используют для повышения коэффициен­та мощности электрических установок.

Асинхронные двигатели, являющиеся наиболее распространенными потребителями электроэнергии, работают с< 1, создавая в сетях значительные индуктивные токи.

Если же параллельно группе асинхронных двигателей включить один или несколько синхронных двигателей, работающих с перевозбуждением, то возникающая в сети емкостная составляющая тока будет частично или полностью ком­пенсировать индуктивную составляющую тока, обусловленную рабо­той асинхронных двигателей.

Читайте также:  Контрольные кабели в электроустановках — назначение, виды конструкции, применение

При этом электрическая система, раз­груженная от реактивных токов, будет работать, с, что способствует уменьшению потерь электроэнергии. Необходимо, од­нако, отметить, что при перевозбуждении синхронный двигатель по­требляет значительный ток статора.

Поэтому синхронные двигатели, предназначенные для работы с перевозбуждением, имеют несколько большие габариты, а их КПД меньше, чем у двигателей, предназначенных для работы с= 1, когда ток статора и потери двигателя имеют минимальные значения.

Аналогично синхронному генератору, включенному на парал­лельную работу с сетью (см. § 21.6), синхронный двигатель имеет предел устойчивости при минимальном токе возбуждения (штри­ховая линия в левой части рис. 22.5).

Рабочие характеристики. Рабочие характеристики синхрон­ного двигателя представляют собой зависимость частоты враще­ния ротора, потребляемой мощности, полезного момента, коэффициента мощности, и тока в обмотке статораот полезной мощности двигателя(рис. 22.).

Частота вращения рото­равсегда равна синхронной частоте, поэтому гра­фикимеет вид прямой, параллельной оси абсцисс. Полезный момент на валу синхронного двигателя. Так как рабочие характеристики снимают при условии, то графикимеет вид прямой, выходящей из начала координат. Мощность на входе двигателя.

С ростом нагрузки на валу двигателя увеличиваются также и потери, поэтому потребляемая мощностьрастет быстрее полезной мощ­ностии графикимеет несколько криволинейный вид.

Рис. 22.5 U-образные характеристики синхронного двигателя

Рис. 22.6. Рабочие характеристики синхронного двигателя

Вид графиказависит от вида настройки тока возбуждения: если в режиме х. х. ток возбуждения установлен та­ким, что= 1, то с ростом нагрузки коэффициент мощности снижается, если же установить=1 при номинальной на­грузке, то при недогрузке двигатель будет забирать из сети реак­тивный опережающий ток, а при перегрузке — отстающий.

Обыч­но устанавливают ток возбуждения таким, чтобы=1 при средней нагрузке (рис. 22.). В этом случае коэффициент мощно­сти во всем диапазоне нагрузок остается достаточно высоким.

Ес­ли же установить ток в обмотке возбуждения синхронного двига­теля таким, чтобы=1 был при нагрузке несколько превышающей номинальную, то при номинальной нагрузкеи двигатель будет потреблять из сети опережающий по отношению к напряжению сети ток, что приведет к повышению коэффициента мощности этой сети.

В этом отношении синхрон­ные двигатели выгодно отличаются от асинхронных, работающих с отстающим по фазе током (особенно при недогрузке двигателя) и снижающих энергетические показатели питающей сети.

Ток в обмотке статора двигателя. Из этого выражения видно, что токс увеличением нагрузки на валу дви­гателя растет быстрее, чем потребляемая мощность, вследствие уменьшения.

Так как ротор синхронного двигателя вращается в ту же сторону, что и поле статора, то направление вращения ротора определяется порядком следования фаз линейных проводов, подведенных к обмотке статора, и порядком расположения фаз обмотки статора. Для изменения направления вращения трехфазного синхронного двигателя необходимо переключить два линейных привода, подведенных из сети к выводам обмотки статора (см. § 9.3).

В заключение необходимо отметить, что синхронные двигатели по сравнению с асинхронными имеют преимущество, заключающееся в том, что они могут работать с= 1, не создавая в щей сети индуктивных токов, вызывающих дополнительные потери энергии.

Более того, при работе с перевозбуждением син­хронные двигатели создают в сети емкостный ток, чем способст­вуют повышению коэффициента мощности энергосистемы в це­лом. Другое достоинство синхронных двигателей состоит в том, что, как это следует из (21.

11), основная составляющая электро­магнитного момента пропорциональна напряжению сети, а у асинхронных двигателей электромагнитный момент пропорциона­лен[см. (13.14)].

По этой причине при понижении напряжения в сети синхронные двигатели сохраняют большую перегрузочную способность, чем асинхронные.

К недостаткам синхронных двигателей относятся их более сложная конструкция и повышенная стоимость по сравнению с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором. Кроме того, для работы синхронного двигателя требуется устройство для питания постоянным током обмотки возбуждения.

Опыт эксплуатации показал, что применение синхронных двигателей общего назначения наиболее целесообразно при мощности 200 кВт и более в установках, не требующих частых пусков и регулирования частоты вращения (мощные насосы, вентиляторы, компрессоры и т. п.).

⇐ Предыдущая76777879808182838485Следующая ⇒

Источник: https://mykonspekts.ru/1-68522.html

Механические характеристики синхронных электроприводов. Угловая характеристика, перегрузочная способность



Обратная связь

ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение

Как определить диапазон голоса — ваш вокал

Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими

Целительная привычка

Как самому избавиться от обидчивости

Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам

Тренинг уверенности в себе

Вкуснейший «Салат из свеклы с чесноком»

Натюрморт и его изобразительные возможности

Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д.

Как научиться брать на себя ответственность

Зачем нужны границы в отношениях с детьми?

Световозвращающие элементы на детской одежде

Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия

Как слышать голос Бога

Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ)

Глава 3. Завет мужчины с женщиной

Оси и плоскости тела человека — Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков — Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) — В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Билет 33

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 w 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 MП1 и значительным «входным» моментом МВ1, под которым понимается момент, развиваемый при скорости, равной 0,95 wо.

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 МП2 будет больше, чем в предыдущем случае, а входной момент МВ1 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 q 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 q 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 q 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 q> 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 Мном практически соответствует угол q 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.

Источник: https://megapredmet.ru/1-56661.html

Ссылка на основную публикацию