Асинхронный пуск синхронного двигателя и его схема

Выбор схемы пуска асинхронных и синхронных двигателей

Выбор простой и надежной схемы пуска имеет большое значение для эксплуатации двигателей и синхронных компенсаторов. Наиболее распространенной в настоящее время является простейшая и вместе с тем наиболее надежная схема прямого пуска от полного напряжения сети, исключение составляют двигатели с очень тяжелыми условиями пуска или очень мощные двигатели и компенсаторы, вызывающие при пуске недопустимые снижения напряжения в сети.

В случаях, когда прямой пуск неприемлем, напряжение, подводимое к двигателю при пуске, снижается включением в цепь статора реактора или, в редких случаях, автотрансформатора. Конструкции всех асинхронных и синхронных двигателей предусматривают возможность асинхронного пуска. С этой целью у синхронных двигателей с частотой вращения до 1500 об/ мин на роторе в явно выраженных полюсах расположена пусковая обмотка в виде замкнутых стержней. Возможность асинхронного пуска турбодвигателей с частотой вращения 3000 об/мин обеспечивается прежде всего токами в бочке неявнополюсного ротора, а также медными клиньями, заложенными в пазы.

Выбор пускового реактора для синхронного двигателя и компенсатора принципиально не отличается от выбора реактора для асинхронного двигателя. Для синхронных двигателей большой мощности в ряде случаев целесообразно применение питания от отдельных трансформаторов (блок-трансформаторов) с мощностью блок-трансформатора, в большинстве случаев соответствующей мощности установленного двигателя. В этом случае за счет отказа от выключателя на стороне двигателя установка оказывается весьма простой. Только при частых тяжелых пусках может потребоваться увеличение мощности трансформатора по условию его нагрева.

Реакторный пуск и пуск при работе по схеме блока двигатель-трансформатор имеет неоспоримые преимущества перед пуском через автотрансформатор. Например, напряжение на двигателе или компенсаторе при пуске через постоянно включенные реактор и трансформатор по мере снижения пускового тока плавно возрастает, и в конце пуска это напряжение незначительно отличается от номинального.

Рис. Схемы прямого пуска синхронных электродвигателей с электромашинными возбудителями постоянного тока:
а — обмотка ротора глухо подключена к якорю возбудителя;
б — включена на разрядный резистор:
в — включена на якорь возбудителя через разрядный резистор.

Поэтому при реакторном пуске шунтирование реактора происходит практически без толчка (см., например, рис., б) в отличие от автотрансформаторного пуска, где приходится принимать специальные меры, усложняющие схему пуска, для ограничения толчка тока при переключении от пускового напряжения на полное напряжение сети.

Требования некоторых трансформаторных заводов об ограничении пускового тока, приводящие к завышению мощности блок-трансформатора, исходя из необходимости ограничения динамических усилий на обмотке, следует считать неоправданными. Согласно ГОСТ обмотка трансформатора должна выдерживать без повреждения токи короткого замыкания на выводах любой из его обмоток при номинальном напряжении на другой. Эти токи заведомо существенно больше токов при пуске двигателя, соизмеримого по мощности с трансформатором. Динамические усилия в трансформаторе, пропорциональные квадрату тока, получаются соответственно значительно меньшими гарантированных.

Практика применения схемы блоков трансформатор-двигатель вполне себя оправдала. При применении электромашинной системы возбуждения, как можно заключить из рассматриваемых выше процессов в этих системах при пуске двигателя (компенсатора), предпочтение следует отдавать схемам глухого подключения возбудителя к ротору двигателя (компенсатора), если это допустимо по условиям пуска. Сопротивление в цепи возбуждения возбудителя при этом должно быть подобрано таким образом, чтобы при номинальной угловой скорости напряжение на двигателе (компенсаторе), отключенном от сети, было равно напряжению сети или несколько больше.

Пуск двигателя (компенсатора) происходит следующим образом: включается главный выключатель, двигатель (компенсатор) разворачивается, возбуждается и втягивается в синхронизм плавно, без толчков и без вмешательства персонала или каких-либо элементов автоматики, дающих команду на возбуждение машины. Эта схема применима для двигателей и компенсаторов, как имеющих возбудитель на одном валу, так и питающихся от отдельно стоящего двигатель-генератора. В последнем случае пуск агрегата возбуждения должен осуществляться одновременно с пуском двигателя или компенсатора замыканием блок-контактов выключателя основного двигателя.

При прямом включении в сеть обмотки статора и глухоподключенном возбудителе схема пуска синхронной машины (рис. а) также проста, как и схема пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Проведенные испытания и накопленный опыт эксплуатации вместе с тем показывают, что область применения схемы пуска синхронных двигателей с постоянно подключенным возбудителем ограничивается практически двигателями относительно небольшой мощности, — как правило, не свыше 2000 кВт. Схема непригодна для двигателей, запускающихся с нагрузкой выше 0,4-0,6 номинальной мощности, из-за провала в кривой асинхронного момента в области малых скольжений и малоэффективна для двигателей, у которых контактор возбуждения оказывается необходимым для гашения поля или осуществления схемы ресинхронизации. Например, проведенные исследования показали неприемлимость данной схемы на синхронных двигателях СДМ-20-49-60, 2000 кВт, применяемых для привода шаровых углеразмольных мельниц Ш-50 и Ш-50А на энергоблоках 300 МВт мощных тепловых электростанций. Кривая вращающего момента при пуске этих мельниц имеет резко выраженный пульсирующий характер, в результате чего на вал воздействует знакопеременная нагрузка.

При включении двигателя с глухоподключенным к ротору возбудителем кривая вращающего момента имеет особо неблагоприятный характер, поэтому успешный пуск таких агрегатов оказался возможным только по схеме с включением обмотки ротора на якорь возбудителя через разрядный резистор (рис. в). При прямом пуске механические усилия в лобовых частях обмотки статора асинхронных и синхронных двигателей и компенсаторов возрастают, но, как правило, за счет падения напряжения в сети оказываются меньше тех усилий, которые получаются при близких коротких замыканиях.

Большинство электродвигателей допустимо переводить на прямой пуск без дополнительного усиления креплений лобовых частей обмоток. Однако в отдельных случаях (большие кратности пускового тока при малых снижениях напряжения сети, слабое закрепление лобовых частей обмоток статора) такое усиление может потребоваться. С этой целью можно рекомендовать установку дополнительных дистанционных распорок и взаимную перевязку соседних лобовых частей в местах ранее установленных и дополнительных распорок.

Из практики эксплуатации известны многочисленные случаи применения прямого пуска для асинхронных двигателей с фазным ротором, переделанных на короткозамкнутые или пускаемые без реостата в цепи ротора, а также для двигателей, ранее пускавшихся от автотрансформатора или через реактор. Опыт подтвердил целесообразность перевода этих двигателей на прямой пуск. Пуск без нагрузки двухскоростных электродвигателей следует всегда производить на меньшей угловой скорости. Если необходима работа на большей угловой скорости, то следует после пуска двигателя на меньшей угловой скорости переключить вращающийся двигатель на большую угловую скорость. При таком пуске суммарные потери за время пуска будут иметь минимальное значение.

200. Способы пуска синхронных двигателей

Одним из главных недостатков синхронных двигателей является сложность их пуска в ход. Пуск синхронных двигателей может быть осуществлен при помощи вспомогательного пускового двигателя или путем асинхронного пуска.

Пуск синхронного двигателя при помощи вспомогательного двигателя. Если ротор синхронного двигателя с возбужденными полюсами развернуть другим, вспомогательным двигателем до скорости вращения поля статора, то магнитные полюсы статора, взаимодействуя с полюсами ротора, заставят ротор вращаться далее самостоятельно без посторонней помощи, в такт с полем статора, т. е. синхронно (откуда эти двигатели и получили свое название).

На фиг. 405 показана схема пуска оинхрониого двигателя 1 с помощью вспомогательного асинхронного двигателя 2.

Для осуществления пуска необходимо, чтобы число пар полюсов асинхронного двигателя было меньше числа пар полюсов синхронного двигателя, ибо при этих условиях вспомогательный асинхронный двигатель может развернуть ротор синхронного двигателя до синхронной скорости.

Порядок пуска синхронного двигателя следующий. Включая рубильник 3, пускают вспомогательный асинхронный двигатель 2, который разворачивает ротор синхронного двигателя 1 до скорости, соответствующей скорости поля статора. Скорость вращения вспомогательного двигателя определяется по тахометру 1 . Затем, включая рубильник 4 постоянного тока, возбуждают полюсы ротора. Чтобы включить синхронный двигатель в сеть трехфазного тока, его нужно синхронизировать так же, как и при включении синхронного генератора на параллельную работу. Для этого реостатом 5 устанавливают такое возбуждение, чтобы напряжение обмотки статора по вольтметру V было равно напряжению сети, указываемому вольтметром V1.

Электролампы 6, включенные параллельно ножам рубильника 7 трех-фазной сети, при разомкнутом рубильнике будут мигать. Сначала мигание будет частым, но если изменять скорость вращения вспомогательного асинхронного двигателя, то лампы будут мигать . все реже и реже. Синхронный двигатель можно включить в сеть трехфазного тока рубильником 7 тогда, когда все три лампы одновременно погаснут. Ротор двигателя при этом входит в синхронизм и может далее вращаться самостоятельно. Теперь

вспомогательный двигатель 2 рубильником 3 можно отключить от сети.

Сложность пуска и необходимость вспомогательного двигателя являются существенными недостатками этого способа пуска синхронных двигателей. Поэтому в настоящее время он применяется редко.

Асинхронный пуск синхронного двигателя. Для осуществления этого способа пуска в полюсных наконечниках полюсов ротора укладывается дополнительная короткозамкнутая обмотка. Так как во время пуска в обмотке возбуждения 1 двигателя наводится большая э. д. с, то по соображениям безопасности она замыкается рубильником 2 на сопротивление 3 (фиг. 406).

При включении напряжения трехфазной сети в обмотку статора 4 синхронного двигателя возникает вращающееся магнитное поле, которое, пересекая короткозамкнутую (пусковую) обмотку, заложенную в полюсных наконечниках ротора, индуктирует в ней токи.

Эти токи, взаимодействуя с вращающимся полем статора, приведут ротор во вращение. При достижении ротором наибольшего числа оборотов (95—97% синхронной скорости) рубильник 2 переключают так, чтобы обмотку ротора включить в сеть постоянного напряжения.

Недостатком асинхронного пуска является большой пусковой ток (в 5—7 раз больший рабочего тока). Пусковой ток вызывает падение напряжения в сети, а это отражается на работе других потребителей. Для уменьшения пускового тока применяют пуск при пониженном напряжении с помощью реактора 2 или автотрансформатора.

В настоящее время применяют почти исключительно асинхронный пуск синхронных двигателей ввиду его простоты и надежности. Существуют также схемы автоматического асинхронного пуска синхронных двигателей.

1 Тахометр — прибор, измеряющий скорость вращения машины.

2 Реактор — индуктивное сопротивление, выполненное в виде катушки без стального сердечника.

Асинхронный пуск синхронного двигателя и его схема

Если говорить простым языком, то синхронным называют электродвигатель, у которого скорость вращения ротора (вала) совпадает со скоростью вращения магнитного поля статора.

Кратко рассмотрим принцип действия такого электродвигателя — он основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора, которое обычно создаётся трёхфазным переменным током и постоянного магнитного поля ротора.

Постоянное магнитное поле ротора создаётся за счет обмотки возбуждения или постоянных магнитов. Ток в обмотках статора создаёт вращающееся магнитное поле, тогда как ротор в рабочем режиме представляет собой постоянный магнит, его полюса устремляются к противоположным полюсам магнитного поля статора. В результате ротор вращается синхронно с полем статора, что и является его основной особенностью.

Напомним, что у асинхронного электродвигателя скорость вращения МП статора и скорость вращения ротора отличаются на величину скольжения, а его механическая характеристика «горбатая» с пиком при критическом скольжении (ниже его номинальной скорости вращения).

Скорость, с которой вращается магнитное поле статора, может быть вычислена по следующему уравнению:

f – частота тока в обмотке, Гц, p – количество пар полюсов.

Соответственно по этой же формуле определяется скорость вращения вала синхронного двигателя.

Большинство электродвигателей переменного тока, используемых на производстве, выполнены без постоянных магнитов, а с обмоткой возбуждения, тогда как маломощные синхронные двигатели переменного тока выполняются с постоянными магнитами на роторе.

Ток к обмотке возбуждения подводится за счет колец и щеточного узла. В отличие от коллекторного электродвигателя, где для передачи тока вращающейся катушке используется коллектор (набор продольно расположенных пластин), на синхронном установлены кольца поперек одного из концов статора.

Источником постоянного тока возбуждения в настоящее время являются тиристорные возбудители, часто называемые «ВТЕ» (по названию одной из серий таких устройств отечественного производства). Ранее использовалась система возбуждения «генератор-двигатель», когда на одном валу с двигателем устанавливали генератор (он же возбудитель), который через резисторы подавал ток в обмотку возбуждения.

Ротор почти всех синхронных двигателей постоянного тока выполняется без обмотки возбуждения, а с постоянными магнитами, они хоть и похожи по принципу действия на СД переменного тока, но по способу подключения и управления ими очень сильно отличаются от классических трёхфазных машин.

Одной из основных характеристик электродвигателя является механическая характеристика. Она у синхронных электродвигателей приближена к прямой горизонтальной линии. Это значит, что нагрузка на валу не влияет на его обороты (пока не достигнет какой-то критической величины).

Это достигается именно благодаря возбуждению постоянным током, поэтому синхронный электродвигатель отлично поддерживает постоянные обороты при изменяющихся нагрузках, перегрузках и при просадках напряжения (до определенного предела).

Ниже вы видите условное обозначение на схеме синхронной машины.

ПРЯМОЙ ПУСК АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Как уже было сказано выше, прямое включение обмотки асинхронного двигателя может применяться только при низкой мощности. В этом случае пусковой ток превышает номинальный в 5-7 раз, что не является проблемой для коммутационного оборудования и электропроводки.

Основной проблемой прямого пуска становится подключение нескольких электродвигателей к маломощной подстанции или генератору.

Включение в сеть нового электродвигателя может вызвать настолько сильную просадку напряжения, что уже работающие двигатели остановятся, а новому мотору не хватит пускового момента, чтобы стронуться с места.

Пусковой ток асинхронного двигателя достигает максимального значения в момент включения и плавно снижается до номинального по мере раскрутки ротора.

Следовательно, для уменьшения времени перегрузки сети асинхронный двигатель должен включаться с минимальной нагрузкой, если это возможно.

Мощные токарные станки, гильотины для рубки металла не имеют фрикционных муфт, и все их вращающиеся механизмы раскручиваются в момент включения электродвигателя.

В этом случае длительные просадки напряжения приходится прямо закладывать в проектируемое для них электроснабжение.

Применение сопротивления при пуске

Метод применим для асинхронных двигателей, подключаемых к однофазной сети, и имеющих первичную дополнительную обмотку с короткозамкнутым ротором. Так называют мотор с расщепленной фазой, электроцепь которого имеет высокое активное сопротивление.

Чтобы пустить в ход двигатель, питаемый от однофазной сети, необходим пусковой резистор, соединяемый последовательно с дополнительной намоткой. Тогда сдвиг фаз составляет 30 градусов. Этого хватает для разгона. Ниже представлена схема, согласно которой достигается омический сдвиг фаз.

Вместо резистора можно применить дополнительную обмотку высокого сопротивления, но низкой индуктивности. В этом случае намотка имеет мало витков, которые выполняются из провода меньшего сечения в отличие от того, что используется для рабочей намотки.

В России с конвейера выходят моторы, подключаемые к однофазной сети, оснащенные резистором для сдвига фаз. Их мощность варьируется в диапазоне 18-600 Вт. Двигатели рассчитаны для сетей с напряжением 127, 220 или 380 Вольт и переменным током с частотой 50 Гц.

Сфера применения

Синхронные двигатели стоят дороже чем асинхронные, к тому же требуют дополнительного источника постоянного тока возбуждения – это отчасти снижает ширину области применения этого вида электрических машин. Однако, синхронные электродвигатели используют для привода механизмов, где возможны перегрузки и требуется точное поддерживание стабильных оборотов.

При этом чаще всего используются в области больших мощностей — сотен киловатт и единиц мегаватт, и, при этом, пуск и остановка происходят достаточно редко, то есть машины работают круглосуточно долгое время

Такое применение обусловлено тем, что синхронные машины работают с cosФи приближенном к 1, и могут выдавать реактивную мощность в сеть, в результате чего улучшается коэффициент мощности сети и снижается её потребление, что важно для предприятий

Реакторный пуск

В этом случае двигатель пускается при пониженном напряжении сети с помощью реактора или трансформатора. Реакторный пуск рекомендуется в первую очередь и только при невозможности его использования допу-скается автотрансформаторный пуск.

Реакторный пуск синхронных компенсаторов ( рис. 5 — 1 ж), принятый сейчас как основной, применен для мощных машин.

Реакторный, или автотрансформаторный, пуск осуществляется подачей на обмотки электродвигателей напряжения, сниженного с помощью автотрансформатора или чаще всего реактора, которые отключаются при разгоне агрегата до подсин-хронной частоты вращения. При реакторных пусках снижаются момент, развиваемый двигателем при пуске, толчки и вибрации машины, потребляемая мощность, нагрев обмоток и падение напряжения и увеличивается время пуска.

Конденсаторный или реакторный пуск .

Пуск электродвигателей серии ВДС 325 — прямой асинхронный от сети, имеющей полное напряжение. Электродвигатели ВДС 325 имеют реакторный пуск от сети с пониженным напряжением.

Трехфазный асинхронный двигатель с кратностью начального пускового тока kj 5 6 и кратностью начального пускового момента kn — 1 3 пускается в ход при нагрузке Мв 0 5 Мн. Применим ли в этом случае реакторный пуск .

Дают возможность регулировании напряжения. При до-статичнои мощности подстанции возможен реакторный пуск или непосредственный пуск от шип.

Схема электрических соединений насосной станции должна обеспечивать прямой пуск асинхронных и синхронных электродвигателей от полного напряжения сети. Для мощных электродвигателей в соответствии с указаниями заводов-изготовителей может применяться реакторный пуск . Использование крупных синхронных электродвигателей для работы в компенсаторном режиме в перерывах водоподачи должно быть обосновано технико-экономическими расчетами.

Если применена дифференциальная защита, то в плече защиты со стороны питания с той же целью устанавливается двухфазная двухрелейная отсечка без выдержки времени, которая для повышения чувствительности выводится из действия на время пуска электродвигателя. На рис. 2.192 показаны блок-схемы токовых цепей защит электродвигателей с реакторным пуском .

Пуск синхронных компенсаторов осуществляется различными способами: асинхронный — непосредственно от сети, от разгонного двигателя, через автотрансформатор и через реактор; асинхронный пуск применяется только при малых мощностях компенсаторов. Наиболее простым способом пуска, чаще всего применяемым на практике, является реакторный пуск компенсатора . Синхронные компенсаторы типа КС до 30 000 ква включительно имеют воздушное охлаждение, а компенсатор типа КСВ-37500 ква — водородное охлаждение.

Однако это преимущество автотрансформаторного пуска достигается ценой значительного усложнения и удорожания пусковой аппаратуры. Поэтому автотрансформаторный пуск применяется реже реакторного, при более тяжелых условиях, когда реакторный пуск не обеспечивает необходимого пускового момента.

Все аппараты управления синхронным двигателем размещаются на станциях управления. На рис. 39 показан общий вид фасада станции управления ПН7028 для синхронных двигателей с реакторным пуском . Кроме аппаратов, перечисленных при описании схемы пуска синхронного двигателя СТМ-4000-2, на станции управления показаны приборы и аппараты, применяемые в управлении двигателей.

Мир науки

Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!

Физика — рефераты, конспекты, шпаргалки, лекции, семинары

Асинхронный пуск синхронного двигателя

При пуске синхронного двигателя его вращающий момент равен нулю, т. е. двигатель нужно раскрутить до частоты вращения, которая близка к синхронной. Иногда для этого применяется специальный разгонный асинхронный двигатель малой мощности, а двигатель синхронизируется с сетью по примеру генератора при включении на параллельную работу.

Чаще всего применяется другой вид пуска. Для приспособления двигателя к такому пуску при явно полюсном роторе в полюсные наконечники закладывают пусковую короткозамкнутую обмотку, которая состоит из медных или латунных стержней. Она похожа на беличье колесо асинхронной машины и занимает небольшую часть окружности ротора.

Пуск двигателя можно разделить на два этапа: I — асинхронный набор частоты вращения без возбуждения постоянным током; II — втягивание в синхронизм после включения постоянного тока возбуждения. Первый этап такого пуска характеризуется тем, что обмотку возбуждения отключают от источника постоянного тока и замыкают активное сопротивление Rпуск , которое во много раз превышает активное сопротивление обмотки возбуждения. Нельзя оставлять обмотку возбуждения разомкнутой, потому что вращающееся поле способно индуктировать в ней большую э. д. с., которая опасна для целости изоляции.

Однако следовало бы замыкать эту обмотку накоротко, из-за того что в ней возникает большой однофазный ток, способный тормозить ротор при достижении им половины синхронной частоты вращения. Чаще всего для уменьшения пусковых токов применяют включение двигателя через пусковой автотрансформатор либо через реактивную катушку. При пуске замыкают выключатель 2, через который соединяются по схеме «звезда» три фазные обмотки автотрансформатора АТ. Для того чтобы подать на вход автотрансформатора напряжение сети, следует замкнуть рубильник 1, т. е. на зажимы статора синхронного двигателя СД подается пониженное с по- мощью автотрансформатора линейное напряжение трехфазной системы, под действием которого ротор двигателя начинает вращение как короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя.

Если скольжение ротора мало, нужно разомкнуть рубильник, в результате чего напряжение на зажимах двигателя немного повысится, так как только часть каждой из фазных обмоток автотрансформатора является реактивной катушкой, которая включена последовательно с фазной обмоткой двигателя и при этом ограничивает своим сопротивлением величину пускового тока. Затем двигатель включается на полное напряжение сети через замыкание рубильника. Однако, пока не включили постоянный ток, ротор вращается асинхронно.

Пуск заканчивают включением постоянного тока возбуждения переключателем. Двигатель приобретает синхронную частоту вращения под действием электромагнитных сил и развивает необходимый вращающий момент. Такой пуск не требует операций по синхронизации двигателя с сетью и может быть автоматизирован.

Для пуска мощных синхронных двигателей можно улучшить условия пуска и работы через применение для питания цепи возбуждения управляемых кремниевых вентилей — тиристоров.