Способы пуска синхронных двигателей. Способы пуска синхронных двигателей.

Управление осуществляется с помощью лампы, подключенной параллельно выключателю, который активирует обмотки статора. Выключатель должен быть выключен.

Содержание

Способы пуска синхронных двигателей практическая их реализация

В настоящее время использование современных двигателей широко распространено в производстве устройств с постоянной скоростью вращения, используемых в различных областях человеческой деятельности. Поэтому существует несколько способов запуска современных двигателей, из которых ниже представлены наиболее распространенные варианты.

Методы запуска современных двигателей

Методы запуска современного двигателя достаточно сложны, что является одним из основных недостатков этого типа электродвигателей. Современные двигатели запускаются либо с помощью вспомогательного пускового двигателя, либо с помощью асинхронного пуска. Давайте рассмотрим каждый метод отдельно.

Асинхронный пуск современных двигателей

При асинхронном запуске синхронного двигателя к клеммам полюсов ротора присоединяется дополнительная обмотка короткого замыкания. Это необходимо для того, чтобы чрезмерный постоянный ток, возникающий в обмотке (1), разряжался во время запуска, что становится возможным при замыкании выключателя (2) на клемме (3). Поскольку магнитное поле, возникающее в результате трехфазного сетевого напряжения в обмотке статора (4), пересекает обмотку короткого замыкания (обмотку стартера), расположенную на полюсах ротора, в ней индуцируются токи.

Действие этих токов в сочетании с вращающимся полем статора приводит в движение ротор, который постепенно набирает скорость. При достижении 95-97 % скорости вращения ротора переключатель ротора (2) переходит в состояние, которое заставляет обмотку ротора питать сеть постоянного тока.

Асинхронный пуск современного двигателя не лишен недостатка, а именно высокого пускового тока, который может до семи раз превышать рабочий ток. Такой высокий пусковой ток вызывает падение напряжения в сети, что негативно сказывается на работе других потребителей электроэнергии. Одним из наиболее распространенных решений для преодоления этого недостатка является применение автотрансформаторов для снижения напряжения и использование тиристорных возбудителей для запуска современных двигателей, имеющих высокий КСВ. Высокая стоимость VSD в значительной степени определила выбор тиристорных возбудителей в качестве комплекта для большинства современных крупных двигателей. Кроме того, использование тиристорных возбудителей позволяет автоматизировать возбуждение современных двигателей. Автоматизация может быть реализована двумя способами: Подача возбуждения синхронного двигателя в скоростном режиме и подача возбуждения синхронного двигателя в токовом режиме. В этом случае управление возбуждением синхронного двигателя осуществляется в токовом режиме через реле тока.

Асинхронный пуск синхронных двигателей в настоящее время является наиболее распространенным методом пуска синхронных двигателей, поскольку он относительно прост в реализации и очень надежен.

Запуск синхронного двигателя с помощью вспомогательного двигателя

Запуск синхронного двигателя с помощью вспомогательного двигателя подразумевает запуск синхронного двигателя путем работы другого двигателя, работа которого позволяет ротору синхронного двигателя вращать полюса, осуществляя дальнейшее вращение полностью самостоятельно. Для того чтобы произошел процесс пуска, должны быть созданы условия, при которых число пар полюсов асинхронного двигателя меньше числа пар полюсов синхронного двигателя. Процесс запуска синхронного двигателя включает в себя активацию выключателя (3), запуск вспомогательного асинхронного двигателя (2), который вращает ротор синхронного двигателя (1) со скоростью, соответствующей скорости возбуждения статора. После срабатывания выключателя (4) на полюса ротора подается напряжение. Если синхронный двигатель подключен к трехфазной сети, необходима синхронизация через трансформатор тока (5). Реостат управляет возбуждением, что позволяет установить напряжение обмотки статора, определяемое вольтметром V, равным напряжению сети, показываемому вольтметром V1.

Методы запуска синхронных электродвигателей

Конструкция и техническое исполнение современных электродвигателей определяют особенности их эксплуатации и использования. Одно из главных различий между этими машинами заключается в том, что их нельзя запустить, подключив непосредственно к электросети.

Современные двигатели, такие как асинхронные машины, являются двигателями переменного тока, которые преобразуют электрическую энергию в механическое движение вала. В связи с различным принципом работы, существуют определенные требования для правильной работы и функционирования. Одним из таких требований является запуск электрической системы.

Назначение и конструктивное исполнение

Прежде чем подробно рассказать о процессе запуска современного двигателя (MM), стоит кратко рассмотреть основную теорию. Что такое синхронный двигатель, как взаимодействуют его компоненты, какие существуют типы и почему этот тип привода так называется. Затем можно обсудить методы запуска.

Синхронный двигатель (СД) — это электрическое устройство, работа которого основана на электродвижущей силе, возникающей при взаимодействии магнитных полей статора и ротора. Этот принцип является основополагающим при проектировании различных типов электродвигателей. Несмотря на единый подход, существуют различия в приводном оборудовании.

Основное отличие заключается в конструкции приводного механизма и принципе его вращения. В зависимости от требуемой мощности ротор может:

содержать постоянные магниты и быть пускателем магнитоэлектрического возбуждения,
представляют собой электромагниты, вызывающие электромагнитное возбуждение.

Первый вариант используется для небольших грузчиков. Постоянные магниты изготавливаются из твердых магнитных материалов, которые могут сохранять свое магнитное состояние. Они могут быть встроенными или установленными на роторе.

Во втором варианте блок ротора имеет ферромагнитный сердечник с электрической обмоткой. При подаче напряжения эта система является источником магнитного потока, который взаимодействует с полем статора.

Определение синхронизма, т.е. идентичности, основано на равенстве скорости вращения ротора и магнитного поля статора. Это фундаментальное различие в принципе действия электрических устройств, которое определяет их технические возможности, эксплуатационные характеристики и область применения. Этот же фактор напрямую влияет на пусковые характеристики современных двигателей.

Запуск и остановка современного двигателя должны производиться в определенном порядке и при определенных условиях. Поэтому, чтобы снизить риск повреждения двигателя, предусмотрена система защиты синхронного двигателя во время запуска, предотвращающая задержку запуска. В фазе остановки применяется следующий алгоритм:

ПРЯМОЙ ПУСК АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Как упоминалось ранее, прямая обмотка асинхронного двигателя может использоваться только при низкой мощности. В этом случае пусковой ток превышает номинальный ток в 5-7 раз, что не является проблемой для выключателя и проводки.

Основная проблема прямого пуска — подключение нескольких электродвигателей к маломощной подстанции или генератору.

Подключение нового двигателя может вызвать такое большое падение напряжения, что уже работающие двигатели остановятся, а новый двигатель не будет иметь достаточного пускового момента для запуска.

Пусковой ток асинхронного двигателя достигает максимального значения при запуске и постепенно снижается до номинального тока по мере раскрутки ротора.

Поэтому для сокращения времени перегрузки сети асинхронный двигатель следует запускать с минимально возможной нагрузкой.

Мощные токарные и фрезерные станки не имеют фрикционных муфт, и все их вращающиеся механизмы вращаются при включении двигателя.

В этом случае длительные перепады напряжения должны быть встроены непосредственно в источник питания, предназначенный для этой цели.

Применение сопротивления при пуске

Метод подходит для асинхронных двигателей, подключенных к однофазной сети и имеющих вспомогательную первичную обмотку с короткозамкнутым короткозамкнутым ротором. Это двухфазный двигатель, цепь которого имеет высокое сопротивление.

Для работы однофазного двигателя необходим пусковой резистор, включенный последовательно со вспомогательной обмоткой. Фазовый сдвиг в этом случае составляет 30 градусов. Этого достаточно для ускорения. Ниже приведена схема, в соответствии с которой достигается омический сдвиг фаз.

Вместо резистора можно использовать дополнительную обмотку с высоким сопротивлением, но низкой индуктивностью. В этом случае обмотка имеет несколько витков, состоящих из провода меньшего сечения, чем тот, который используется для рабочей обмотки.

В России двигатели, питающиеся от сети, являются однофазными и имеют фазосдвигающий резистор. Диапазон их мощности составляет от 18 до 600 Вт. Двигатели рассчитаны на напряжение 127, 220 или 380 вольт и переменный ток 50 Гц.

Сфера применения

Синхронные двигатели дороже асинхронных и требуют дополнительного источника возбуждения постоянного тока, что частично ограничивает область применения данного типа электродвигателей. Однако синхронные двигатели используются для привода приложений, которые могут быть перегружены и требуют точного поддержания постоянной скорости.

Они часто используются для высокой мощности — сотни киловатт и мегаватт — и в то же время включаются и выключаются относительно редко, так что машины работают круглосуточно в течение длительных периодов времени.

Это связано с тем, что современные машины работают со значением cofi, близким к 1, и могут вводить реактивную мощность в сеть, улучшая коэффициент мощности сети и снижая потребление, что важно для компаний.

Первый вариант используется для небольших грузчиков. Постоянные магниты изготавливаются из твердых магнитных материалов, которые могут сохранять свое магнитное состояние. Они могут быть встроенными или установленными на роторе.

Способы пуска синхронных двигателей

Современные двигатели используются для привода мощных электродвигателей. Они используются в компрессорах, насосах, оборудовании, маслобойках и вентиляторах. Они используются в металлургии, цементной промышленности, нефтегазовой промышленности и других отраслях, где необходимо использовать оборудование высокой мощности. В этой статье мы хотим рассказать читателям сайта Sam Electric о том, как запустить современные двигатели.

Конструкция синхронных двигателей сложнее, чем асинхронных, но они также имеют некоторые преимущества:

Синхронные двигатели менее чувствительны к колебаниям напряжения в сети.
По сравнению с асинхронными двигателями синхронные двигатели более эффективны и обладают лучшими механическими свойствами при меньших размерах.
Скорость вращения не зависит от нагрузки. Это означает, что колебания нагрузки в пределах рабочего диапазона не влияют на частоту вращения.
Он может выдерживать значительные перегрузки вала. Если возникают кратковременные пики перегрузки, перегрузка может быть компенсирована увеличением тока возбуждения.
Если ток возбуждения оптимизирован, то двигатели не потребляют реактивную энергию и не отдают ее в сеть, т.е. cos ϕ равен единице. Гиперстимулирующие двигатели способны генерировать реактивную энергию. Это позволяет использовать их не только в качестве двигателей, но и в качестве компенсаторов. Если необходимо генерировать реактивную мощность, обмотка возбуждения включается с более высоким напряжением.

При всех положительных характеристиках современных двигателей, они имеют главный недостаток — их трудно запустить. Они не имеют пускового момента. Для их запуска требуется специальное оборудование. Это на некоторое время ограничило применение современных двигателей.

Способы пуска

Современные двигатели могут запускаться тремя способами: с помощью вспомогательного запуска двигателя, запуска асинхронного двигателя и частотного запуска. Выбор метода зависит от конструкции ротора.

Он изготавливается с использованием постоянных магнитов, электромагнитного возбуждения или их комбинации. В дополнение к обмотке возбуждения на роторе установлена обмотка короткозамкнутого витка. Это также называется демпфирующей обмоткой.

Запуск с помощью разгонного двигателя

Этот метод запуска редко используется на практике, поскольку его технически сложно реализовать. Для этого требуется дополнительный двигатель, который механически соединен с ротором современного двигателя.

При использовании двигателя с ускорителем ротор вращается до значений, близких к скорости вращения поля статора (синхронная скорость). Затем на обмотку возбуждения ротора подается постоянное напряжение.

Управление осуществляется с помощью лампы, подключенной параллельно выключателю, который активирует обмотки статора. Выключатель должен быть выключен.

Сначала лампы мигают, но при достижении номинальной скорости они перестают мигать. В этот момент на обмотки статора подается напряжение. После этого синхронный двигатель может работать независимо.

Затем вспомогательный двигатель отключается от сети и в некоторых случаях механически выключается. Таковы особенности запуска с помощью стартерного двигателя.

Асинхронный запуск

Метод асинхронной загрузки является наиболее широко используемым в настоящее время. Такой способ запуска стал возможен благодаря изменению конструкции ротора. Его преимущество заключается в том, что не требуется дополнительного двигателя-ускорителя, так как помимо обмотки возбуждения к ротору были прикреплены стержни червячной клетки, которые позволяют осуществлять запуск в асинхронном режиме. В этих условиях данный метод запуска получил широкое распространение.

Мы рекомендуем вам немедленно посмотреть видео на эту тему:

При подаче напряжения на обмотку статора двигатель разгоняется в асинхронном режиме. После достижения скорости, близкой к номинальной, включается обмотка возбуждения.

Электродвигатель переходит в синхронный режим работы. Но все не так просто. При запуске в обмотке возбуждения индуцируется напряжение, которое увеличивается с ростом скорости. Он генерирует магнитный поток, который влияет на токи статора.

Это создает тормозной момент, который может остановить ускорение ротора. Для уменьшения повреждающего эффекта обмотка возбуждения подключается к разряднику или компенсационному резистору. На практике эти резисторы представляют собой большие, тяжелые коробки, в которых в качестве резистивного элемента используются стальные катушки. Если этого не сделать, то под воздействием растущего напряжения может произойти пробой изоляции. Это приведет к повреждению устройства.

Как только обмотка возбуждения достигает субсинхронной скорости, резисторы отключаются, и обмотка возбуждения возбуждается генератором (в системе генератор-двигатель) или тиристорным возбудителем (эти устройства обозначаются БТЭ, ТВУ и т.д. в зависимости от заказа). Это переводит двигатель в синхронный режим работы.

Однако это преимущество автоматического запуска трансформатора достигается ценой гораздо более сложного и дорогого пускового устройства. Поэтому автоматический пуск трансформаторов используется реже, чем пуск с реакторами, в более сложных условиях, когда пуск с реакторами не обеспечивает требуемого пускового момента.

Методы включения

Поскольку прямой пуск невозможен, синхронный двигатель запускается с помощью дополнительных мер. Независимо от метода запуска, суть каждого метода заключается в том, чтобы сначала привести движущуюся часть в движение со скоростью, близкой к частоте основного поля.

При запуске поток перемещается настолько медленно относительно магнитных центров вращающегося вала, что при подключении обмотки возбуждения к сети возникает магнитная связь между полюсами ротора и полем статора. Это обеспечивает создание одинакового электромагнитного крутящего момента. Это приводит к синхронизации вала электродвигателя.

Существует несколько способов запуска современных двигателей. Три из них используются на практике:

С помощью вспомогательных электрических устройств,
Асинхронный пуск, включая автоматический пуск трансформаторов и дросселей,
частотно-регулируемый пуск синхронных двигателей.

Каждая современная система запуска двигателя имеет свои преимущества и недостатки с точки зрения сложности конструкции и технических характеристик, экономических затрат и размеров приводного устройства. Поэтому если, например, оптимальным будет запуск реактора, то более дорогой частотный запуск будет неразумным. Какой метод является оптимальным, зависит от многих факторов.

Запуск и остановка современного двигателя должны производиться в определенном порядке и при определенных условиях. Поэтому, чтобы снизить риск повреждения двигателя, предусмотрена система защиты синхронного двигателя во время запуска, предотвращающая задержку запуска. В фазе остановки применяется следующий алгоритм:

уменьшить ток возбуждения до значения, соответствующего минимальным параметрам тока статора,
выключите блок статора,
разомкните цепь возбуждения.

Отклонение от этой последовательности может привести к скачкам тока статора, перенапряжению и последующему разрушению изоляции.

Старт при помощи вспомогательного оборудования

Запуск современного двигателя со вспомогательным приводом аналогичен запуску современного генератора при параллельной работе. Это связано с тем, что запуск осуществляется с помощью вспомогательного электродвигателя (обгонного двигателя). Это запускает возбужденный двигатель, разгоняет его до нужной частоты и подключает к сети через устройство синхронизации. После этого вспомогательный привод отключается.

При таком способе запуска используется гораздо меньшая мощность машины, 5-15 % от номинальной мощности ЧРП. Использование электрического стартера с большей нагрузочной способностью, который может разгонять нагруженный двигатель, нецелесообразно по причинам компактности и экономичности. Поэтому этот метод используется для запуска двигателей с низкой нагрузкой или без нее.

Процесс пуска современного двигателя осуществляется двигателем с однофазным ротором и на два полюса меньше, чем у современного двигателя. Это необходимо для того, чтобы разогнать ведомый вал машины до требуемой скорости. Скорость асинхронного двигателя регулируется переменным резистором. На практике этот метод запуска подходит только для больших машин, так как этот тип привода непрактичен для двигателей, например, 6 кВ.

Асинхронный запуск

Наиболее распространенным способом запуска являются короткозамкнутые (демпфированные) пусковые двигатели, которые находятся в гнездах полюсных элементов. Обмотки выполнены в виде латунных или металлических стержней, замкнутых с обеих сторон медными втулками (позиция «b» на рисунке).

При вводе в эксплуатацию обмотка возбуждения подключается к резистору, а цепь статора — к сети (точка «a»). Вращающееся поле статора вызывает ЭЭД в стержнях статора, которая индуктирует токи. Взаимодействуя с магнитным потоком статора, электромагнитная сила Fem действует на каждый стержень, заставляя его вращаться.

После достижения пресинхронной скорости, КВ подключается к источнику питания постоянного тока. Возникающий крутящий момент синхронно ускоряет ротор электродвигателя. В этот момент в пусковой цепи больше нет ЭЭД, поэтому асинхронный момент равен нулю. В этом случае короткозамкнутая обмотка выполняет только демпфирующую функцию и ограничивает колебания вала.

Процесс запуска современного двигателя должен происходить при короткозамкнутой обмотке с эффективным сопротивлением, которое примерно в десять раз превышает электрическое сопротивление цепи возбуждения. В этом случае короткое замыкание внутренних цепей во время фазы разгона нежелательно, так как в роторе образуется замкнутая цепь, которая создает асинхронный крутящий момент. При половине предсинхронной скорости крутящий момент преобразуется в тормозной момент, и синхронный двигатель тормозит в определенной степени. Существует так называемый «гистерезис» в значении крутящего момента, который существенно влияет на пусковые характеристики двигателя.

Существуют и другие ограничения и особенности запуска с короткозамкнутыми обмотками. Это связано с возникновением высоких пусковых токов при запуске. По этой причине подключаемые электродвигатели подключаются к сети переменного тока только в том случае, если они могут выдерживать нагрузку по току в пять-семь раз больше, чем номинальные значения электродвигателя. Если мощность сети недостаточна для ограничения скачков тока, запуск должен осуществляться путем запуска под напряжением. Такие способы запуска называются автотрансформаторными или дроссельными пускателями.

Катушки и автотрансформаторы обеспечивают принудительное снижение скорости накопления тока и силы тока в рабочих обмотках. В дроссельной схеме дроссели устанавливаются в каждой фазной цепи. В результате текущие показатели увеличиваются не так сильно, а запуск происходит более плавно, чем при прямом запуске. Когда двигатель достигает предсинхронной скорости, переключатель K1 выводит индуктивный элемент из цепи, и устройство работает нормально.

Во втором варианте блок ротора имеет ферромагнитный сердечник с электрической обмоткой. При подаче напряжения эта система является источником магнитного потока, который взаимодействует с полем статора.

Способы пусков в ход синхронного двигателя (СД).

⇐ ПредыдущаяСтр. 4 из 5Следующая ⇒ Следующая

Существуют следующие способы запуска современного двигателя (PM):

1. асинхронный запуск,

2. запуск частоты,

3. начиная с синхронизирующих устройств.

Асинхронный запуск.

В этом методе синхронный двигатель запускается как двигатель с короткозамкнутым сепаратором. При этом методе обмотка возбуждения синхронного двигателя должна быть замкнута накоротко или перемычкой через эффективное сопротивление, которое во много раз превышает эффективное сопротивление самой обмотки возбуждения.

1. обмотка статора подключена к сети переменного тока. Он генерирует вращающееся электромагнитное поле, которое действует на ротор и создает на нем вращающий момент. Ротор синхронного двигателя разгоняется до скорости, близкой к синхронной скорости.

Ротор вращается с определенным скольжением по отношению к частоте вращения статора. 3.

3. в обмотку возбуждения подается постоянный ток. Полюса в роторе синхронного двигателя (СД) с неизменной полярностью заставляют ротор периодически колебаться вокруг своей средней скорости. После нескольких уменьшающихся колебаний вокруг синхронной скорости он втягивается в синхронизацию с полем статора.

Синхронный двигатель (СД), работающий в асинхронном режиме, характеризуется тремя моментами:

1. пусковой момент, развиваемый ПМ при неподвижном роторе Мн (S=1),

2. входной крутящий момент Мв (S=1÷5%),

3. максимальный (пробивной) момент Мм, соответствующий максимальной мощности ДП при синхронной скорости (S=0).

Схватывающий момент допустим при скольжении, равном:

Мм не может быть превышен для асинхронного запуска. Зависимость момента от скольжения M=f(S) для асинхронного пуска аналогична зависимости для двигателей АД с шаровым краном. Подобно АД с RC, асинхронный запуск твердотельного реле (для уменьшения пускового тока) может быть реализован с помощью дросселя или автотрансформатора. В этом случае входной момент уменьшается пропорционально отношению (Uq/Uc)². Пусковой ток сети уменьшается пропорционально (Uq/Uc)². Пусковой ток обмотки статора сети уменьшается пропорционально Uq/Uc.

Начало частоты.

При этом методе частота сетевого напряжения постепенно повышается от 0 до номинального значения. Это заставляет ротор вращаться синхронно в течение всей фазы запуска.

Начнем с двигателя акселератора.

Читайте также. Продолжение сборки линейного ЛБП… Часть 2.

При таком способе запуска ЧР должен иметь двухсторонний вал, а к одной стороне подключается двигатель ускорения (пусковой двигатель), который разгоняет ротор ЧР до скорости, близкой к синхронной, а затем ротор ЧР синхронизируется с сетью.

Рабочие характеристики сверхпроводника.

К ним относятся зависимости M, I1, ŋ, cos =f(P2).

Формула для рабочих характеристик сверхпроводников очень похожа на формулу для соответствующих характеристик двигателей AD. Основное различие заключается в соотношении cos =f(P2).

В SP, в отличие от AD, можно изменять соотношение активной и реактивной мощности, регулируя ток в обмотке возбуждения, т.е. регулируя реактивную мощность или и cos. В обмотке возбуждения ток возбуждения обычно регулируется так, чтобы при X.C. cos = 1. При увеличении нагрузки на валу двигателя, если ток возбуждения не регулируется, cos принимается за счет составляющей реактивной мощности, обусловленной потерями. Однако, как правило, значение cos во всем диапазоне нагрузки выше, чем у двигателя со сравнимой мощностью.

Наиболее распространенным способом запуска являются короткозамкнутые (демпфированные) пусковые двигатели, которые находятся в гнездах полюсных элементов. Обмотки выполнены в виде латунных или металлических стержней, замкнутых с обеих сторон медными втулками (позиция «b» на рисунке).

Пуск синхронных двигателей.

Конструкция синхронных двигателей сложнее, чем асинхронных, но они также имеют некоторые преимущества:

Синхронные двигатели менее чувствительны к колебаниям напряжения в сети.
По сравнению с асинхронными двигателями синхронные двигатели более эффективны и обладают лучшими механическими свойствами при меньших размерах.
Скорость вращения не зависит от нагрузки. Это означает, что колебания нагрузки в пределах рабочего диапазона не влияют на частоту вращения.
Он может выдерживать значительные перегрузки вала. Если возникают кратковременные пики перегрузки, перегрузка может быть компенсирована увеличением тока возбуждения.
Если ток возбуждения оптимизирован, то двигатели не потребляют реактивную энергию и не отдают ее в сеть, т.е. cos ϕ равен единице. Гиперстимулирующие двигатели способны генерировать реактивную энергию. Это позволяет использовать их не только в качестве двигателей, но и в качестве компенсаторов. Если необходимо генерировать реактивную мощность, обмотка возбуждения включается с более высоким напряжением.

Способы пуска

Запуск с помощью разгонного двигателя

Асинхронный запуск

Мы рекомендуем вам немедленно посмотреть видео на эту тему:

Недостатком этого метода являются высокие пусковые токи, которые вызывают значительное падение напряжения в сети. Это может привести к остановке других синхронных машин, работающих на этой линии, из-за срабатывания устройств низковольтной защиты. Чтобы уменьшить это явление, цепи обмотки статора подключаются к компенсирующим устройствам, которые ограничивают пусковые токи.

Пуск синхронных двигателей

Современный двигатель невозможно запустить, подключив его непосредственно к сети, поскольку ротор из-за своей значительной инерции не может быть сразу увлечен вращающимся полем статора, скорость которого сразу же регулируется. В результате между статором и ротором нет стабильной магнитной связи. Для запуска синхронного двигателя необходимо использовать специальные методы, суть которых заключается в регулировке ротора таким образом, чтобы он вращался на синхронной частоте или около нее, при которой устанавливается устойчивая магнитная связь между статором и ротором.

В настоящее время используется метод запуска, известный как асинхронный запуск. Такой способ запуска возможен при наличии на полюсах ротора пусковой обмотки (сепаратора), аналогичной обмотке отключения синхронного генератора (см. рис. 21.7). Схема подключения двигателя для этого способа запуска показана на рис. 22.3, а. Синхронный двигатель без возбуждения подключается к сети. Результирующее вращающееся магнитное поле статора индуцирует ЭЭД в стержнях пусковой клетки, которые генерируют токи /2. Взаимодействие этих токов с полем статора вызывает электромагнитную силу Рэм на стержнях пускателя. Под действием этих сил ротор приводится во вращение (рис. 22.3,6). После разгона ротора до скорости, близкой к синхронной (n2 0,95n1), обмотка возбудителя подключается к источнику постоянного тока. Возникающий синхронный момент приводит ротор двигателя в синхронизм. Затем пусковая обмотка двигателя служит в качестве обмотки покоя для ограничения колебаний ротора.

Чем меньше нагрузка на вал двигателя, тем легче двигателю синхронизироваться. Низкополюсные двигатели без нагрузки иногда синхронизируются только по моменту холостого хода, т.е. даже без включения обмотки возбуждения.

По мере увеличения момента нагрузки на валу двигателю становится все труднее синхронизироваться. Наибольший момент нагрузки, при котором ротор синхронного двигателя все еще втягивается в синхронизм, называется входным моментом двигателя Mvx. Величина асинхронного момента Ма при скорости n2 0,95n1 зависит от эффективного сопротивления пусковой клетки, т.е. от сечения прутьев и электрического сопротивления металла, из которого они изготовлены.

Следует отметить, что выбор сопротивления пусковой клетки, соответствующего большому пусковому моменту, способствует уменьшению входного момента при синхронизации (и наоборот, при сопротивлении, соответствующем малому пусковому моменту, входной момент при синхронизации увеличивается ( ) (рис. 22.4).

Рис. 22.4: Асинхронные моменты при запуске синхронного двигателя: основной момент Ma; дополнительный момент Md; входной момент Mvx при синхронизации.

При асинхронном пуске обмотка возбуждения не может оставаться разомкнутой, так как магнитный поток статора, проходящий через нее во время фазы пуска на синхронной скорости, индуцирует в ней электромагнитное напряжение. Из-за большого числа витков обмотки возбуждения этот ЭЭД достигает значений, опасных как для целостности самой обмотки, так и для персонала. Чтобы избежать этого, во время разгона ротора обмотка возбуждения замыкается накоротко с эффективным сопротивлением r, которое примерно в десять раз больше сопротивления обмотки возбуждения. Клеммы обмотки возбуждения I1 и I2 переключаются с резистора g на клеммы возбудителя с помощью переключателя P.

При использовании двигателя с ускорителем ротор вращается до значений, близких к скорости вращения поля статора (синхронная скорость). Затем на обмотку возбуждения ротора подается постоянное напряжение.

Способы запуска синхронных двигателей и типовые схемы: преимущества и недостатки

Синхронные двигатели обычно используются для максимального повышения эффективности больших электрических систем.

Высокомощные машины используются во многих промышленных отраслях, например, на сталелитейных заводах или в нефтегазовых компаниях.

Эти предприятия используют вентиляционные системы, компрессоры, электронасосы и системы машин для обработки металлов под давлением между вращающимися цилиндрами. Сегодня мы хотим дать вам обзор того, как работают современные двигатели.

Преимущества и недостатки

Если сравнивать синхронные и асинхронные двигатели, то первые, безусловно, имеют более сложный механизм, но следует также отметить их значительные преимущества:

Работа синхронных двигателей не особенно зависит от напряжения.
Современные двигатели не очень зависят от напряжения тока; напряжение не очень зависит от напряжения; напряжение не очень зависит от напряжения; напряжение не очень зависит от напряжения тока.
Независимо от изменения нагрузки, скорость и обороты не изменяются.
Даже при значительных перегрузках вала современный двигатель работает без проблем и компенсирует эти пики за счет увеличения тока в обмотке возбуждения.
Синхронные двигатели могут работать как компенсатор, поскольку они могут генерировать реактивную энергию. Это достигается путем подачи более высокого напряжения на обмотку возбуждения. Когда ток возбуждения оптимально отрегулирован, реактивная энергия не потребляется и не теряется в сети.

При всех вышеперечисленных преимуществах использования современных двигателей, необходимо учитывать и один существенный недостаток: отсутствие пускового момента. Другими словами, двигатель должен быть запущен с помощью отдельной машины.

Это основная причина, по которой современные двигатели долгое время имели ограниченное применение.

Способы запуска

Существует три способа запуска современного двигателя:

Использование вспомогательного двигателя,
асинхронный запуск,
Использование вспомогательного двигателя, т.е. вспомогательного стартера, нетрадиционного стартера, нетрадиционного пуска, частотного пуска.

Чтобы понять, какой метод запуска использовать, необходимо разобраться в конструкции ротора.

Он может быть с электромагнитным возбуждением, может быть изготовлен из постоянных магнитов, а также иметь комбинированную конструкцию. Помимо обмотки возбуждения, ротор также имеет так называемую демпфирующую обмотку. Такая короткозамкнутая обмотка также называется «беличьей клеткой».

Использование дополнительного двигателя

Это не самый популярный и не самый технически простой в реализации метод запуска. Для этого метода необходимо, чтобы к ротору электродвигателя был подключен другой двигатель.

Вам нужен другой двигатель, чтобы согласовать скорость ротора с полем статора, т.е. добиться синхронной скорости. Следующим шагом является подача постоянного напряжения на обмотку возбуждения ротора.

Обмотка статора включается выключателем, а процесс контролируется лампами, которые загораются одновременно с выключателем. Автоматический выключатель должен быть выключен.

Вначале лампы начинают мигать, но как только достигается номинальная скорость, лампы перестают мигать. Затем напряжение подается на обмотки статора, и наш синхронный двигатель продолжает работать сам по себе.

Второй вспомогательный двигатель ускорителя должен быть отключен от сети, иногда требуется механическое отключение.

Асинхронный запуск

Этот метод является наиболее часто используемым. Возможность использования этого метода возникла после изменения конструкции ротора.

Основным преимуществом данного метода является то, что нам не требуется никакого дополнительного оборудования, так как конструкция ротора содержит короткозамкнутые демпфирующие стержни, что позволяет реализовать асинхронный режим работы для запуска.

Двигатель разгоняется асинхронно и запускается при подаче напряжения на статор. Как только достигается желаемая скорость, на обмотку возбуждения подается напряжение.

Чем выше скорость при запуске в обмотке возбуждения, тем выше напряжение.

Это создает магнитный поток, который влияет на ток статора и приводит к возникновению подавляющего момента, который может вызвать пробуксовку ротора.

Чтобы уменьшить этот нежелательный эффект, к обмотке возбуждения необходимо подключить резистор (либо разрядный, либо компенсационный).