67524

Моменты синхронного двигателя и его пуск при питании от инвертора частоты. Синхронизирующий момент

Лекция

Производство и промышленные технологии

Схема включения обмоток синхронного двигателя Вращающееся магнитное поле статора увлекает за собой ротор-индуктор который в установившемся режиме вращается синхронно с полем. Рассмотрим СД ротор которого имеет неявно выраженные полюса с постоянным магнитным потоком...

Русский

2014-09-11

595.5 KB

3 чел.

ЛЕКЦИЯ  6

 Моменты синхронного двигателя и его пуск

при питании от инвертора частоты

Синхронизирующий момент

Синхронный двигатель имеет статор с шихтованным магнитопроводом и с трехфазной обмоткой и ротор-индуктор с обмоткой возбуждения или с постоянными магнитами (см. рис. 6.1). Обмотка возбуждения питается постоянным напряжением, а к трехфазной обмотке подводится трехфазная система напряжений

uA = Um sinωt;

uB = Um sin(ωt – 2π/3);

uC = Um sin(ωt – 4π/3).

Рис. 6.1. Схема включения обмоток синхронного двигателя

Вращающееся магнитное поле статора увлекает за собой ротор-индуктор, который в установившемся режиме вращается синхронно с полем.

Электромагнитный момент синхронного двигателя состоит из активного и реактивного моментов. Рассмотрим СД, ротор которого имеет неявно выраженные полюса с постоянным магнитным потоком, и индуктивные сопротивления обмотки статора по продольной и поперечной осям одинаковы. Тогда возникает активный электромагнитный момент, определяемый формулой

Ma = caФ0 I sin θ,

где саконструктивный коэффициент; Ф0 – основной магнитный поток; Iдействующее значение тока фазы обмотки статора; θ – угол между продольной осью ротора-индуктора и осью магнитодвижущей силы (МДС) обмотки статора. Угол θ положителен, если МДС статора опережает ротор.

Рис. 6.2. Различные положения МДС статора относительно ротора

На рис. 6.2 показано несколько взаимных положений ротора и МДС статора. Известно, что одноименные магнитные полюса отталкиваются, а разноименные – притягиваются. При θ1 = 0 электромагнитный момент равен нулю, т.к. разноименные полюса уже притянулись. При θ2 = π/4  Ma > 0. При  θ3 = π/2  Ma  = Mm, т.е. момент максимален.  При  θ4 = –π/4   Ma  < 0  и направлен по часовой стрелке. При  θ5 = –π/2  Ma  = –Mm, а при θ6 = π   Ma = 0. Отметим, что последнее состояние равновесия является неустойчивым и при небольшом отклонении от него ротор повернется на угол π или на угол –π.

Теперь рассмотрим синхронный двигатель с невозбужденным ротором (без постоянных магнитов или с выключенной обмоткой возбуждения). Предположим, что полюса ротора явно выраженные, причем магнитное сопротивление по продольной оси ротора меньше, чем по поперечной, а для индуктивностей выполняется неравенство  Ld > Lq . Реактивный момент возникает согласно правилу: если магнитная система имеет подвижную часть, то она стремится занять положение, при котором магнитный поток максимален, а магнитное сопротивление минимально. Для воздушного зазора справедливы равенства:

Ф = ΛUм;  Λ = μ0 S/δ,

где Ф – магнитный поток; Λ – магнитная проводимость; Uм – магнитное напряжение; μ0 – магнитная постоянная;  S – площадь, которую пронизывает магнитный поток; δ – воздушный зазор. Ротор стремится занять положение, при котором зазор на пути потока минимален. Тогда возникает реактивный электромагнитный момент, определяемый формулой

Mр = cр I2 sin 2θ,

где срконструктивный коэффициент; Iдействующее значение тока фазы обмотки статора; θ – угол между продольной осью ротора-индуктора и осью магнитодвижущей силы обмотки статора.

Рис. 6.3. Различные положения МДС статора относительно реактивного ротора

На рис. 6.3 показано несколько взаимных положений реактивного ротора и МДС статора. При θ1 = 0 электромагнитный момент равен нулю, т.к. воздушный зазор уже минимален. При θ2 = π/4  Mр  = Mm, т.е. момент максимален. При  θ3 = π/2  Mр  = 0. Отметим, что последнее состояние равновесия является неустойчивым и при небольшом отклонении от него ротор повернется на угол π/2 или на угол –π/2.  При  θ4 = –π/4   Mр  = –Mm  и направлен по часовой стрелке.

Реактивный ротор нейтрален к полярности магнитного поля статора. Поэтому случай  θ5 = 3π/4  совпадает со случаем  θ4 = –π/4, т.е. зависимость реактивного момента от угла  θ имеет период π.

На рис. 6.4 показаны зависимости активного, реактивного и результирующего моментов от угла θ. Видно, что активный момент имеет максимум при θ = π/2, реактивный момент максимален при θ = π/4, а суммарный момент достигает максимума при промежуточном угле θ. При постоянном моменте нагрузки статическая устойчивость наблюдается от минимума момента М до максимума.

Рис. 6.4. Графики активного, реактивного и полного моментов

Пуск синхронного двигателя

Если включить обмотку статора СД в трехфазную сеть при неподвижном возбужденном роторе, то он будет вибрировать из-за знакопеременного момента. Чтобы ротор разогнался до скорости, близкой к синхронной, применяют пусковую короткозамкнутую обмотку, размещенную в полюсных наконечниках. В этом случае СД называется асинхронизированным синхронным двигателем. При включении такого двигателя в сеть вращающееся магнитное поле наводит в стержнях пусковой обмотки ЭДС, по ним протекают токи и возникает пусковой момент, как у асинхронного двигателя. Такие обмотки играют роль успокоительных при работе в синхронном режиме. При достижении ротором скорости, близкой к синхронной, включается обмотка возбуждения, и двигатель входит в синхронизм.

Другим способом пуска является питание обмотки статора от инвертора частоты с плавным ее увеличением от нуля до номинального значения. Рассмотрим укрупненную функциональную схему, приведенную на рис. 6.5. Трехфазная система напряжений постоянной частоты (например, 50 Гц) подается на управляемый выпрямитель УВ, выполненный по шестифазной схеме на тиристорах. На УВ поступает информационный сигнал U0, задающий значение выпрямленного  напряжения.  Выход  УВ  подключен  к  фильтру низкой частоты

Рис. 6.5. Функциональная схема с управляемым выпрямителем,

инвертором частоты и синхронным двигателем

ФНЧ, содержащему дроссель (реактор) L и батарею конденсаторов С. ФНЧ применяется для сглаживания выпрямленного напряжения и уменьшения его пульсации. Это напряжение поступает на инвертор частоты ИЧ, имеющий шесть силовых ключей с IGBT-транзисторами и обратными диодами, а также генератор трехфазных напряжений регулируемой частоты, схемы широтно-импульсной модуляции и драйвер, выдающий управляющие импульсы на силовые ключи.

Предположим, что частота питающего напряжения изменяется по линейному закону  f = kt.

Рис. 6.6. Напряжение одной из фаз при равноускоренном пуске синхронного двигателя

Напряжение фазы обмотки связано с частотой приближенным равенством

UE0 = 4,44 f w Ф0.

Если основной магнитный поток Ф0 постоянен, то амплитуда напряжения растет вместе с частотой по линейному закону, а период напряжения изменяется обратно пропорционально времени. На рис. 6.6 показан график напряжения

одной из фаз обмотки статора. Можно показать, что площади под полуволнами равны друг другу. По достижении номинальной частоты вращения амплитуда напряжения становится постоянной.

Вопросы для самопроверки

1. По каким законам возникает активный и реактивный моменты синхронного двигателя ?

2. Как объяснить устойчивое и неустойчивое состояния равновесия ротора синхронного двигателя ?

3. Что произойдет, если синхронный двигатель с неподвижным ротором включить на напряжение сети частотой 50 герц ?

4. Как работает пусковая обмотка в полюсных наконечниках ?

5. Объясните назначение элементов в схеме управления синхронным двигателем с инвертором частоты.

6. Объясните график напряжения питания при пуске синхронного двигателя с постоянным угловым ускорением.

7. Что означает аббревиатура IGBT ?

A

B

С

U0

Aи

Bи

Си

СД

L

С

ИЧ

ФНЧ

УВ

θ

–π/2

π/2

0

Mа

Mр

π

M

M

N5

S5

N2

N4

N1

N3

S4

S1

S2

S3

N

S

S

N

S6

S5

N6

N5

0

t

u

+

+

Uв

f

U0

N2

N4

N1

N3

S4

S1

S2

S3

 Uf

C

 B

 A

ААлтл

ААлтл

ААлтл

ААлтл

ААлтл


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

50813. ИЗМЕРЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ 248.5 KB
  Получение навыков измерения переменного электрического напряжения; 1. Ознакомление с особенностями влияния формы и частоты измеряемого напряжения на показания средств измерений; 1. Приобретение представления о порядке работы с электроизмерительными приборами при измерении переменного напряжения.
50814. Программирование в Delphi. Разработка интерфейса 1.69 MB
  Цель: Получить первичные навыки работы в визуальной среде программирования Delphi. При этом становится активным окно редактора кода и Delphi автоматически создает ОБРАБОТЧИК СОБЫТИЯ – процедуру выполняющуюся при нажатии кнопки В окне редактора кода ввести соответствующие команды Прежде всего необходимо научиться сохранять свои программы.
50816. Язык гипертекстовой разметки HTML 85.5 KB
  На самом деле содержимое контейнера mrquee не ограничивается строками и позволяет перемещать скролировать любые элементы вебстраницы изображения текст таблицы элементы форм и т. Таблицы Элемент tble служит контейнером для элементов определяющих содержимое таблицы. Параметры lign Определяет выравнивание таблицы. bgcolor Цвет фона таблицы.
50817. Определение теплоёмкости металлов методом охлаждения 154.5 KB
  Металлический образец, имеющий температуру более высокую, чем температура окружающей среды, в этой среде охлаждается. Кол-во теплоты q , теряемой образцом металла за единицу времени t может быть записано в виде...
50818. Каскадные листы стилей CSS 330.5 KB
  Значение 0 соответствует полной прозрачности элемента а 1 наоборот его непрозрачности.2 Oper 9 border позволяет одновременно установить толщину стиль и цвет рамки вокруг элемента.
50819. Построение и экспериментальная проверка статической характеристики замкнутой системы 868 KB
  Освоить методику аналитического построения статической характеристики замкнутой САР по статическим характеристикам отдельных элементов. Под статической характеристикой замкнутой САР понимают функциональную зависимость регулируемой величины от задающего и возмущающих воздействий снятую на установившихся режимах. Если регулируемая величина на установившемся режиме не зависит от возмущающих воздействий то такая система называется астатической а если зависит то статической.
50820. Определение теплоёмкости методом Клемана и Дезорма 58.5 KB
  Эта величина, в частности, определяет скорость распространения звука в газах; от неё зависит течение газов по трубам со звуковыми скоростями и достижение сверхзвуковых скоростей в трубах, сначала суживающихся, а затем резко расширяющихся (сопла Лаваля). Основная идея метода Клемана и Дезорма состоит в следующем.