12.3.2. Асинхронный пуск синхронного двигателя
Этот способ несложен, но сопровождается значительными всплесками тока и электромагнитных сил и требует дополнительных мер:
а) на роторе необходима замкнутая многофазная обмотка (или замкнутые контуры), чтобы двигатель смог разгоняться как асинхронный под действием асинхронного электромагнитного момента (от взаимодействия поля и наведенных токов в этой обмотке). Эту обмотку называют пусковой и устраивают как короткозамкнутую беличью клетку: неизолированные медные или латунные стержни располагают в пазах полюсных наконечников и приваривают к медным сегментам, образующим короткозамыкающие кольца;
б) при пуске вращающееся поле наводит в замкнутой цепи обмотки возбуждения синхронного двигателя однофазный переменный ток, создающий электромагнитный момент, ухудшающий условия пуска; оставить же цепь обмотки возбуждения разомкнутой нельзя из-за опасности пробоя изоляции этой обмотки значительной наводимой ЭДС, так как обмотка возбуждения имеет большое количество витков и ее потокосцепление изменяется с большой частотой в начале пуска. Выход: обмотку возбуждения замыкают на разрядное сопротивление Rp=(5...12)Rв, где Rв - сопротивление обмотки возбуждения. При этом невелики напряжение на зажимах обмотки возбуждения и переменный ток в этой обмотке.
Итак, предварительно обмотку возбуждения отключают от возбудителя и замыкают на разрядное сопротивление Rp. Далее обмотку статора включают в сеть, и двигатель запускается как асинхронный. Возникающее вращающееся магнитное поле статора наводит в электропроводящих контурах ротора ЭДС и токи с частотой f2=f1s, где s – скольжение ротора относительно поля. В используемой на стенде синхронной машине имеется два типа электропроводящих контуров на роторе: обмотка возбуждения и контуры, образованные ферромагнитными частями (сердечниками полюсов). Пусковая обмотка отсутствует. Обмотка возбуждения подключена к большому разрядному сопротивлению Rp , поэтому ее ток и соответствующий электромагнитный момент невелики. Создаётся асинхронный момент в основном от взаимодействия наведённых токов в ферромагнитных частях ротора с вращающимся полем обмотки статора. Под действием этого асинхронного момента ротор разгоняется и скольжение уменьшается. Пока скорость двигателя невелика, скольжение s и частота f2 достаточно большие. Примерно через 3-5 с после включения скорость ротора приблизится к синхронной (n 0,95n1), s и f2 уменьшаются. При этом следует сразу же подать возбуждение в синхронный двигатель (переключить SAI5В), чтобы он втянулся в синхронизм. Возникают всплеск тока якоря и дополнительные электромагнитные моменты, под действием которых ротор после ударов и качаний, как правило, втягивается в синхронизм.
Подаваемый ток возбуждения должен обеспечить ЭДС Е U1. При подсинхронной скорости разность частот f1 - f составляет около 5%. Совпадение фаз ЭДС машины и напряжения сети здесь не контролируется вообще, поэтому асинхронный пуск соответствует грубой синхронизации. Наилучшие условия втягивания в синхронизм получаются, если возбуждение подается при n ≥ 0,95n1 и если момент нагрузки меньше номинального входного момента Mвх. Последний представляет собой электромагнитный момент, развиваемый машиной при асинхронном пуске, когда n = 0,95n1.
Асинхронный пуск является самым распространенным способом пуска синхронных двигателей.
12.4. V - образные характеристики
V- образные характеристики представляют собой зависимость тока якоря I и коэффициента мощности cos двигателя от тока возбуждения iв при постоянных значениях напряжения обмотки якоря U и его частоты f и постоянной отдаваемой механической мощности P2 . Эти характеристики отражают важную особенность синхронных двигателей - возможность регулирования их реактивной мощности и cos.
Рассмотрим V - образные характеристики двигателей на примере неявнополюсной машины. Необходимые пояснения даны с помощью упрощенных векторных диаграмм синхронного двигателя, представленных на рис. 12.3.
Если принять потери в обмотке и стали якоря, механические и добавочные потери постоянными, то при P2= const подводимая к обмотке якоря мощность также постоянна, P1= mUIcos = const, и, следовательно, активная составляющая тока якоря также неизменна - Iа=Icos =const. Поэтому на векторной диаграмме (рис.12.3) конец вектора тока якоря I при разных значениях тока возбуждения iв скользит по прямой АВ. Для каждого значения I величина iв может быть определена из уравнения токов синхронной машины , отражающего уравнение МДC . Так,iв представляет собой результирующую МДС в зазоре F в масштабе тока возбуждения, I - МДС реакции якоря Fa в масштабе тока возбуждения или приведенный ток якоря. Ток возбуждения прямо пропорционален МДС Fв обмотки возбуждения.
Величина iв может быть определена по результирующей ЭДС E обмотки якоря , индуктированной результирующим магнитным полем воздушного зазора. Если пренебречь для простоты сопротивлениями рассеяния xsa= 0 и активным ra= 0, то и, следова -
Рис. 12.3. Упрощённые векторные диаграммы синхронного двигателя
тельно, iв const. Вектор , как и вектор результирующего потока в зазоре , опережает на 90о. Вектор совпадает по направлению с током якоря, и конец его скользит по прямойA'B', параллельной линии АВ, так как I' прямо пропорционален току якоря.
На рис. 12.3 построены векторные диаграммы токов для четырёх точек V-образной характеристики и получены токи возбуждения для соответствующих им токов якоря. Для точки 1 на рис.12.3 выполнено также построение векторной диаграммы напряжений по уравнению, гдеЕ - ЭДС, индуктированная в обмотке якоря полем обмотки возбуждения; xc - синхронное индуктивное сопротивление.
На рис. 12.4 представлены V- образные характеристики I = f(iв) и cos = f(iв) для P2= 0 (холостой ход) и P2= const 0.
На рис.12.3 и на характеристиках рис. 12.4 точка 1 соответствует перевозбуждению двигателя, когда реактивная мощность отдается в сеть, Q>0; точка 2 - нормальному возбуждению, когда Q = 0 и cos = 1; точка 3 - недовозбуждению, когда реактивная мощность потребляется из сети, Q < 0; точка 4 соответствует недовозбуждению и пределу статической устойчивости синхронного двигателя, когда угол нагрузки равен критическому значению кр. Угол - это угол между векторами U и E.
Рис. 12.4.V-образные характеристики
Угол называют углом нагрузки, так как он характеризует уровень нагрузки синхронного двигателя. Как видно из рис. 12.3, при уменьшении тока возбуждения и P2 =const 0 угол нагрузки увеличивается и в точке 4 достигает критического значения - кр=90°. Точка 4 лежит на линии CD рис.12.4, которая является границей устойчивой работы синхронного двигателя. При iв < iв4 двигатель выпадает из синхронизма.
- Исследование электрических машин
- Часть 1
- Содержание
- 2.2.1. Принцип действия и устройство двигателя . . . . 5
- 6.2.1. Назначение, устройство и принцип действия . . . . . . . . . 32
- 6.2.2. Уравнения и схемы замещения трансформатора . . . . . . .34
- 6.2.3. Характеристики холостого хода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
- 6.5. Заключение по работе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53
- Лабораторная работа № 2 Исследование двигателей постоянного тока с электромагнитным возбуждением
- 2.1.Программа лабораторной работы
- 2.2. Краткие теоретические сведения о двигателях постоянного тока
- 2.2.1. Принцип действия и устройство двигателя
- 2.2.2. Системы электромагнитного возбуждения и обозначения выводов обмоток двигателей
- 2.2.3. Основные уравнения двигателей
- 2.2.4. Пуск двигателей в ход
- 2.3. Объект исследования и необходимое оборудование
- 2.4. Разработка принципиальной электрической схемы опытов
- 2.5. Методические указания к выполнению работы
- 2.5.1. Запуск двигателя
- 2.5.2. Снятие естественных рабочих, скоростной и механической характеристик
- 2.5.3. Снятие искусственных скоростных и механических характеристик
- 2.6. Заключение по работе
- 2.7. Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 4 Исследование трехфазного асинхронного двигателя
- 4.1. Программа лабораторной работы
- 4.2. Принцип действия и устройство асинхронных двигателей
- 4.3. Объект исследования и необходимое оборудование
- 4.4. Разработка принципиальных электрических схем опытов
- 4.5. Измерение сопротивления изоляции обмоток
- 4.6. Определение коэффициента трансформации
- 4.7. Опыт холостого хода
- 4.8. Естественные рабочие характеристики
- 4.9. Механические характеристики
- 4.10. Заключение по работе
- 4.10. Заключение по работе
- 4.11. Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 6
- 6.2. Краткие теоретические сведения о трансформаторах
- 6.2.1. Назначение, устройство и принцип действия
- Намагничивающий ток создаёт результирующую мдс Fμ , а она - результирующий магнитный поток взаимной индукции ф.
- 6.2.2. Уравнения и схемы замещения трансформатора
- Сопротивления в относительных единицах для силовых трансформаторов
- 6.2.3. Характеристики холостого хода
- 6.2.4. Характеристики трёхфазного короткого замыкания
- 6.2.5. Изменение напряжения трансформатора при нагрузке
- 6.2.6. Коэффициент полезного действия трансформатора
- 6.2.7. Схемы и группы соединения обмоток трансформаторов
- Маркировка фаз трехфазных двухобмоточных трансформаторов
- 6.3. Методические указания к выполнению лабораторной работы
- 6.3.1. Объект исследования и необходимое оборудование
- Разработка принципиальных электрических схем
- Опыт холостого хода
- Опыт трёхфазного короткого замыкания
- 6.3.5. Снятие внешней характеристики
- 6.3.6. Экспериментальная проверка группы соединения обмоток
- 6.4. Теоретические расчеты и построения
- 6.5. Заключение по работе
- 6.6. Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 12 Исследование трёхфазного синхронного двигателя
- 12.1. Программа лабораторной работы
- 12.2. Принцип действия и устройство синхронных двигателей
- 12.3. Способы пуска синхронного двигателя
- 12.3.2. Асинхронный пуск синхронного двигателя
- 12.5. Объект исследования и необходимое оборудование
- 12.6. Разработка принципиальной электрической схемы для опытов
- 12.7. Пуск синхронного двигателя при помощи вспомогательного двигателя методом точной синхронизации
- 12.8. Асинхронный пуск синхронного двигателя
- 12.9. Снятие V-образных характеристик
- 12.10. Снятие рабочих и механической характеристик синхронного двигателя
- 12.11. Заключение по работе
- 12.12. Контрольные вопросы
- Библиографический список
- Часть 1