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

1022. Выбор офисного оборудования для фирмы 363.5 KB
  Общие сведения о сканерах, их разновидности, технологии сканирования, характеристики и определяющие факторы выбора. Технико-экономический анализ технических и стоимостных характеристик принтеров. Описание выбранного принтера HP OfficeJet Pro K5400dn и расчет эквивалентного процента прибыли
1023. Расчет зоны ТО-1 в автотранспортном предприятии 558.5 KB
  Корректирование периодичности ТО и пробега автомобилей до КР. Расчет годового объема работ по ТО, ТР и самообслуживанию. Техника безопасности и пожарная безопасность, охрана труда, окружающая среда. Распределение рабочих по специальностям, квалификации, рабочим местам. Назначение и область применения приспособления. Подбор технологического оборудования.
1024. Особенности государственного и правового развития Древней Греции 151.5 KB
  Государственный механизм в Древней Греции. Полномочия органов государственной власти. Политически-правовой режим, административно-территориальное устройство, форма правления. Основные реформы в области государственного управления и законодательства.
1025. Построение защищенной информационной системы для учреждения 225.5 KB
  Технико-экономическое обоснование разработки вычислительной сети. Выбор конфигурации вычислительной сети. Проектирование структурной схемы вычислительной сети. Калькуляция затрат на построение сети.
1026. Общие вопросы практической философии 524.5 KB
  Проблема рождения философии. Космоцентризм и основные понятия античной философии. Бог, человек и мир в средневековой христианской философии. Антропоцентризм и гуманизм в философской мысли Возрождения. Система и метод философии Гегеля. П.Я. Чаадаев о российской истории и историософии.
1027. Исследование системы биометрической аутентификации пользователя ПК по клавиатурному почерку 422 KB
  Теоретические принципы построения биометрических систем динамической аутентификации личности по рукописному и клавиатурному почеркам. Получение вектора биометрических параметров при анализе рукописного почерка. Аутентификация пользователя на основе измерения близости образа к биометрическому эталону мерой Хэмминга. Биометрическая аутентификация на основе аддитивной модели сравнения биометрических характеристик пользователей.
1028. Создание и обработка изображений для печатной рекламы средствами программы Corel Draw 573.5 KB
  Краткое описание продукта Corel Draw. Особенности разработки элементов наружной рекламы в пакетах Corel Draw. Состав изображений. Графические объекты. Использование пиксельных изображений в Corel Draw и функция импорт. Перспектива, тени и экструзия. Цветовые палитры и модели цвета.
1029. Методика викладання математики та її зв'язок з іншими науками 453.5 KB
  Огляд програмного забезпечення навчального процесу у вищій школі. Математичні методи наукових досліджень і сучасне природознавство. Сучасні тенденції розвитку математичної освіти у середній і вищій школі. Філософські проблеми математики в історичному контексті. Формування наукового світогляду при вивченні математики. Методика формування математичних понять. Організація, зміст і перспективи дистанційної освіти.
1030. Технологический процесс при производстве ударопрочного полистирола 469.64 KB
  Разработка системы управления технологическими процессами. Описание алгоритмов сбора, первичной обработки информации и циклического опроса датчиков. Спецификация на приборы и средства автоматизации. Контроллер РСУ и ПАЗ.