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

4088. Организационно-правовые формы предприятий 198 KB
  Введение Центральным звеном рыночной экономики, в котором принимаются и осуществляются решения об использовании ограниченного количества благ с учётом обстоятельств внешней среды (которые не могут быть изменены по воле принимающих решения лиц), выбо...
4089. Структуры и алгоритмы обработки данных. Расчет БД Жизнь замечательных людей 352 KB
  Хранящуюся в файле базу данных (БД) Жизнь замечательных людей загрузить в оперативную память компьютера, выполнить сортировку записей методом прямого слияния с использованием очередей. Построить индексный массив, провести поиск...
4090. Автоматизированная Информационная Система учета лекарственных препаратов на базе больничной аптеки 1.2 MB
  Автоматизированная Информационная Система учета лекарственных препаратов на базе больничной аптеки Введение В условиях рыночной экономики информация выступает как один из основных товаров. Успех коммерческой и предпринимательской деятельности связан...
4091. Деньги. Их сущность и функциии 106 KB
  Введение Тема реферата представляет интерес для меня тем, что деньги и банки в совокупности образуют одну из самых важных и притягательных областей экономики. Деньги и банки являются неотъемлемыми атрибутами современной цивилизации. Их изучение так ...
4092. Физические основы современных представлений в теории электромагнитного поля 348 KB
  Физические основы современных представлений в теории электромагнитного поля Рассматриваются базовые физические представления современной теории электромагнитного поля, основанные на концепции «корпускулярно-полевого дуализма» характеристик микрочаст...
4093. Быт и нравы русских женщин в XVI- XVII веках 83 KB
  Быт и нравы русских женщин в XVI- XVII веках Введение Несмотря на то, что уже в X в. (со времен Ольги) Русь узнала и, можно сказать, признала деятельность женщины-правительницы, в отечественной истории не было подобных примеров вплоть до XVIII в.. Н...
4094. Марксистская философия 80 KB
  Введение. Марксистская философия, порожденная социальным движением и наукой XIX века, адекватно отразившая главные тенденции политического, экономического и научного развития, стала органическим элементом общественной системы, причем таким, роль и в...
4095. Методы психологического анализа 125 KB
  Введение Любая наука развивается динамично и прогрессивно, если она располагает с одной стороны, творческими идеями, которые выдвигают ученые, а с другой – достаточно объективными точными и надёжными методами, позволяющими проверить эти идеи...